(57)【要約】  作業機械（５）用の燃焼システム（１２）が開示される。燃料システムは、燃料噴射器（３２）と、第１の圧力の第１の燃料源（３０ａ）と、第２の圧力の第２の燃料源（３０ｂ）と、圧力制御装置（１０２）とを有する。圧力制御装置は、燃料噴射器と、第１及び第２の燃料源との間に配置される。圧力制御装置は、第１の圧力の燃料及び第２の圧力の燃料を燃料噴射器に選択的に導くように構成される。
2009515094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃焼室（２２）を有するエンジン（１０）用の燃料システム（１２）であって、
燃料噴射器（３２）と、
第１の圧力の第１の燃料源（３０ａ）と、
第２の圧力の第２の燃料源（３０ｂ）と、
燃料噴射器と、第１及び第２の燃料源との間に配置される圧力制御装置（１０２）であって、第１の圧力の燃料及び第２の圧力の燃料を、少なくとも１つの燃焼室内に噴射するための燃料噴射器に選択的に導くように構成された圧力制御装置と、
を備える燃料システム。
【請求項２】
圧力制御装置が、
第１の圧力の燃料と第２の圧力の燃料とを選択的に組み合わせ、
組み合わせられた燃料を燃料噴射器に選択的に導く
ようにさらに構成される、請求項１に記載の燃料システム。
【請求項３】
圧力制御装置が、第１及び第２の燃料源と連通する比例弁要素（１０６）を含み、
比例弁要素が、第１の圧力の燃料のみが燃料噴射器に導かれる第１の位置と、第２の圧力の燃料のみが燃料噴射器に導かれる第２の位置との間で移動可能である、請求項１に記載の燃料システム。
【請求項４】
第２の圧力が第１の圧力の約２倍であり、
比例弁要素が第１の位置に向かってばね付勢される、請求項３に記載の燃料システム。
【請求項５】
圧力制御装置が、
第１の燃料源と連通する第１の弁要素（１０８）と、
第２の燃料源と連通する第２の弁要素（１１０）と、を備え、
第１の弁要素が、第２の燃料源からの加圧燃料が燃料噴射器に導かれる第１の位置と、第２の燃料源からの加圧燃料が燃料噴射器から遮断される第２の位置との間で移動可能な比例弁要素であり、
第２の弁要素が、第１の燃料源からの加圧燃料が燃料噴射器に導かれる第１の位置から、第１の燃料源からの加圧燃料が燃料噴射器から遮断される第２の位置に移動可能な２位置弁要素である、
請求項１に記載の燃料システム。
【請求項６】
圧力制御装置がピエゾアクチュエータ（１０４）を含む、請求項１に記載の燃料システム。
【請求項７】
燃料をエンジン（１０）の燃焼室（２２）内に噴射する方法であって、
燃料を第１の圧力に加圧する段階と、
燃料を第２の圧力に加圧する段階と、
第１の圧力の燃料及び第２の圧力の燃料を、燃焼室内に噴射するための燃料噴射器（３２）に選択的に導く段階と、
を含む方法。
【請求項８】
第１の圧力の燃料と第２の圧力の燃料とを選択的に組み合わせる段階と、
組み合わせられた燃料を燃料噴射器に選択的に導く段階と、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
パイロット噴射イベント中に第１の圧力で燃料を燃焼室内に噴射する段階と、
主噴射イベント中に第２の圧力で燃料を燃焼室内に噴射する段階と、
後噴射イベント中に第３の圧力で燃料を燃焼室内に噴射する段階であって、第３の圧力が第１の圧力よりも大きいが、第２の圧力よりも小さい段階と、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
作業機械（５）であって、
パワー出力を発生するように構成されたエンジン（１０）であって、少なくとも１つの燃焼室（２２）を有するエンジンと、
燃料を少なくとも１つの燃焼室内に噴射するように構成された請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料システム（１２）と、
を備える作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、燃料システム、より詳しくは、可変圧力噴射イベントを提供するための加圧燃料の多数の源を有する燃料システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
共通レールの燃料システムは、燃料をエンジンの燃焼室に導入する方法を提供する。典型的な共通レールの燃料システムは、ソレノイドが通電されたときに燃料ノズルを開放する作動ソレノイドを有する噴射器を含む。次に、燃料は、時間に基づき燃焼室に噴射され、その時間中、ソレノイドは通電されたままであり、また当該時間中に燃料の圧力は燃料噴射器ノズルに供給される。
【０００３】
エンジン性能及び排気エミッションを最適化するために、エンジン製造業者は、燃料噴射器ノズルに供給される燃料の圧力を変更することが可能である。このような１つの例は、２００４年９月２日に公開されたシノグル（Ｓｈｉｎｏｇｌｅ）による特許文献１に記載されている。特許文献１は、燃料供給を保持する第１の共通レール、及び作動流体の供給を保持する第２の共通レールに流体的に連結可能である燃料噴射器を有する燃料システムを記載している。特許文献１のそれぞれの燃料噴射器には、燃料の圧力を高めるために作動流体によって移動可能な増圧ピストンが装備される。燃料噴射器を第１の共通レールに流体連結することによって、燃料を第１の圧力で噴射することができる。燃料噴射器を第１及び第２の共通レールに流体連結することによって、燃料を第１の圧力よりも高い第２の圧力で噴射することができる。
【０００４】
特許文献１の燃料噴射システムは、異なる圧力でエンジンに十分な燃料を供給することが可能であるが、限界を有する可能性がある。具体的に、第２の圧力は第１の圧力を増圧することによって達成されるので、第２の圧力は第１の圧力に左右される。この依存性は、特許文献１のシステムで燃料噴射速度を成形する機能を限定する可能性がある。さらに、それぞれの燃料噴射器内の増圧器構成要素は、燃料噴射器の複雑さ及び関連するシステムのコスト全体を増大させることがある。
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１６８６７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の開示の燃料システムは、上述の問題の１つ以上を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の開示の一形態は、少なくとも１つの燃焼室を有するエンジン用の燃料システムに関する。燃料システムは、燃料噴射器と、第１の圧力の第１の燃料源と、第２の圧力の第２の燃料源と、圧力制御装置とを含む。圧力制御装置は、燃料噴射器と、第１及び第２の燃料源との間に配置される。圧力制御装置は、第１の圧力の燃料及び第２の圧力の燃料を、少なくとも１つの燃焼室内に噴射するための燃料噴射器に選択的に導くように構成される。
【０００８】
本発明の開示の他の形態は、燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する方法に関する。本方法は、燃料を第１の圧力に加圧する段階と、燃料を第２の圧力に加圧する段階を含む。本方法はまた、第１の圧力の燃料及び第２の圧力の燃料を、燃焼室内に噴射するための燃料噴射器に選択的に導く段階を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、エンジン１０を有する作業機械５及び燃料システム１２の典型的な実施形態を示している。作業機械５は、採鉱、建設、農業、発電、輸送のような産業、又は当該技術分野で公知の他の任意の産業と関連するある種類の作業を実行する固定又は移動機械であり得る。例えば、作業機械５は、土工機械、発電設備、ポンプ、又は作業を実行する適切な他の任意の作業機械を具現し得る。
【００１０】
本開示のために、エンジン１０は、４行程ディーゼルエンジンとして示されかつ記載される。しかし、当業者は、エンジン１０が、例えば、ガソリンエンジン又はガス燃料動力エンジンのような他の任意の種類の内燃機関を具現し得ることを認識するであろう。エンジン１０は、複数のシリンダ１６を画定するエンジンブロック１４、各シリンダ１６内に摺動可能に配置されるピストン１８、及びそれぞれのシリンダ１６と関連するシリンダヘッド２０を含むことが可能である。
【００１１】
シリンダ１６、ピストン１８、及びシリンダヘッド２０は燃焼室２２を形成することが可能である。例示した実施形態では、エンジン１０は、６つの燃焼室２２を含む。しかし、エンジン１０は、より多いか又はより少ない数の燃焼室２２を含むことが可能であり、かつ燃焼室２２は、「直列」構造、「Ｖ型」構造、又は他の任意の適切な構造で配置し得ることが考えられる。
【００１２】
同様に図１に示したように、エンジン１０は、エンジンブロック１４内に回転可能に配置されるクランクシャフト２４を含むことが可能である。コネクティングロッド２６は、それぞれの個々のシリンダ１６内のピストン１８の摺動運動により、クランクシャフト２４の回転がもたらされるように、それぞれのピストン１８をクランクシャフト２４に連結することが可能である。同様に、クランクシャフト２４の回転により、ピストン１８の摺動運動がもたらされる可能性がある。
【００１３】
燃料システム１２は、それぞれの燃焼室２２内に加圧燃料の噴射を供給するように協働する構成要素を含んでもよい。具体的に、燃料システム１２は、燃料供給を保持するように構成されたタンク２８、及び燃料を加圧して、１つ以上の加圧燃料流を複数の燃料噴射器３２に導くように構成された燃料ポンプ装置３０を含んでもよい。燃料移送ポンプ３６は、タンク２８と燃料ポンプ装置３０との間の燃料ライン４０内に配置して、燃料ポンプ装置３０に低圧供給を行うように構成可能である。
【００１４】
燃料ポンプ装置３０は、第１のポンプ機構３０ａと第２のポンプ機構３０ｂとを有する機械的に駆動される電子制御ユニット噴射器ポンプを具現し得る。第１及び第２のポンプ機構３０ａ、ｂのそれぞれは、回転可能なカム（図示せず）を介してポンプ駆動軸４６に動作的に連結してもよい。カムは、圧縮行程を通して第１及び第２のポンプ機構３０ａ、ｂのピストン要素（図示せず）を駆動して、燃料を加圧するように適合可能である。第１及び第２のポンプ機構３０ａ、ｂと関連するプランジャ（図示せず）は、圧縮行程の長さを変更するように可変タイミングで閉鎖され、これによって、第１及び第２のポンプ機構３０ａ、ｂの流量を変更し得る。代わりに、第１及び第２のポンプ機構３０ａ、ｂは、回転可能な斜板、又は加圧燃料の流量を変更するために当該技術分野で公知の他の任意の手段を含んでもよい。
【００１５】
第１及び第２のポンプ機構３０ａ、ｂは、加圧燃料の別個の流れを発生するように適合可能である。例えば、第１のポンプ機構３０ａは、第１の燃料供給ライン４２を介して第１の共通レール３４に導かれる第１の加圧燃料流を発生し得る。第２のポンプ機構３０ｂは、第２の燃料供給ライン４３を介して第２の共通レール３７に導かれる第２の加圧燃料流を発生し得る。一実施例において、第１の加圧燃料流は、約１００ＭＰａの圧力を有することが可能であり、一方、第２の加圧燃料流は、約２００ＭＰａの圧力を有することが可能である。第１のチェック弁４４は、第１の燃料供給ライン４２内に配置して、第１のポンプ機構３０ａから第１の共通レール３４への一方向の燃料流を可能にし得る。第２のチェック弁４５は、第２の燃料供給ライン４３内に配置して、第２のポンプ機構３０ｂから第２の共通レール３７への一方向の燃料流を可能にし得る。
【００１６】
燃料ポンプ装置３０は、エンジン１０に動作可能に連結して、クランクシャフト２４によって駆動し得る。例えば、燃料ポンプ装置３０のポンプ駆動シャフト４６は、歯車列４８を通してクランクシャフト２４に連結されていることが図１に示されている。しかし、第１及び第２のポンプ機構３０ａ、ｂの一方又は両方は、代わりに、電気式に、油圧式に、空圧式に、又は他の任意の適切な方法で駆動してもよいことが考えられる。
【００１７】
燃料噴射器３２は、シリンダヘッド２０内に配置して、複数の燃料ライン５０を介して第１及び第２の共通レール３４、３７に連結可能である。それぞれの燃料噴射器３２は、所定のタイミング、燃料圧力、及び燃料流量で、関連の燃焼室２２に加圧燃料量を噴射するように動作可能であり得る。燃焼室２２内への燃料噴射のタイミングは、ピストン１８の運動と同期させ得る。例えば、ピストン１８が圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）位置に近付くときに燃料を噴射して、噴射燃料の圧縮点火燃焼を可能にし得る。代わりに、ピストン１８が均質チャージ圧縮点火動作の上死点位置に向かう圧縮行程を始めるときに、燃料を噴射してもよい。遅い後噴射の膨張行程中にピストン１８が上死点位置から下死点位置に移動しているときに、燃料を噴射して、後処理再生用の還元性雰囲気を生成することも可能である。
【００１８】
図２に示したように、それぞれの燃料噴射器３２は、閉鎖ノズルユニットの燃料噴射器を具現し得る。具体的に、それぞれの燃料噴射器３２は、案内部５４を収納する噴射器本体５２、ノズル部材５６、ニードル弁要素５８、第１のソレノイドアクチュエータ６０、及び第２のソレノイドアクチュエータ６２を含むことが可能である。
【００１９】
噴射器本体５２は、シリンダヘッド２０内で組み立てるために構成された略円筒状の部材であり得る。噴射器本体５２は、案内部５４及びノズル部材５６を受容するための中央ボア６４と、ノズル部材５６の先端部６８が突出し得る開口部６６とを有することが可能である。例えば、Ｏリングのような封止部材（図示せず）を案内部５４とノズル部材５６との間に配置して、燃料噴射器３２からの燃料漏れを制限することが可能である。
【００２０】
案内部５４はまた、ニードル弁要素５８を受容するように構成された中央ボア７０と、制御室７２とを有する略円筒状の部材であり得る。中央ボア７０は、燃料供給通路７４を介して連続的に供給される加圧燃料を保持する圧力室として作用し得る。噴射中、燃料ライン５０からの加圧燃料は、燃料供給通路７４と中央ボア７０とを通してノズル部材５６の先端部６８に流れることが可能である。
【００２１】
制御室７２は、加圧燃料を選択的に排出又は供給して、ニードル弁要素５８の運動を制御することが可能である。具体的に、制御通路７６は、制御室７２と関連するポート７８と、第１のソレノイドアクチュエータ６０とを流体連結することが可能である。ポート７８は、ニードル弁要素５８の軸方向運動に対して半径方向に配向される制御室７２の側壁内に、又は代わりに制御室７２の軸方向端部内に配置してもよい。制御室７２には、燃料供給通路７４と連通している制限供給通路８０を介して加圧燃料を連続的に供給してもよい。供給通路８０の制限により、制御通路７６から加圧燃料が排出されるときに制御室７２内の圧力降下を可能にし得る。
【００２２】
同様に、ノズル部材５６は、ニードル弁要素５８を受容するように構成される中央ボア８２を有する略円筒状の部材を具現し得る。さらに、ノズル部材５６は、中央ボア８２からエンジン１０の燃焼室２２内への加圧燃料の噴射を可能にするために、１つ以上のオリフィス８４を含んでもよい。
【００２３】
ニードル弁要素５８は、ハウジング案内５４及びノズル部材５６内に摺動して配置される略細長い円筒状の部材であり得る。ニードル弁要素５８は、ニードル弁要素５８の先端部８６がオリフィス８４を通した燃料流を遮断する第１の位置と、オリフィス８４が開いて燃焼室２２内への加圧燃料流を可能にする第２の位置との間で軸方向に移動可能であり得る。
【００２４】
ニードル弁要素５８は、第１の位置に向かって通常付勢され得る。特に、それぞれの燃料噴射器３２は、オリフィス遮断位置に向かって軸方向に先端部８６を付勢するために、案内部５４のストッパ９０とニードル弁要素５８の座着面９２との間に配置されたばね８８を含んでもよい。第１のスペーサ９４をばね８８とストッパ９０との間に配置してもよく、また第２のスペーサ９６をばね８８と座着面９２との間に配置して、燃料噴射器３２内の構成要素の摩耗を低減することが可能である。
【００２５】
ニードル弁要素５８は、多数の駆動液圧面を有することが可能である。特に、ニードル弁要素５８は、加圧燃料によって作用されるときに第１の又はオリフィス遮断位置に向かってニードル弁要素５８を駆動する傾向を有する液圧面９８と、第２の又はオリフィス開放位置に向かって反対方向のばね８８及び駆動ニードル弁要素５８の付勢に対抗する傾向を有する液圧面１００とを有することが可能である。
【００２６】
第１のソレノイドアクチュエータ６０は、ニードル弁要素５８の先端部８６の反対側に配置して、ニードル弁要素５８の開口運動を制御することが可能である。特に、第１のソレノイドアクチュエータ６０は、制御室７２とタンク２８との間に配置された２位置弁要素を含んでもよい。弁要素は、制御室７２からタンク２８の流体流を遮断する閉位置に向かってばね付勢され、また制御室７２からタンク２８への燃料流を可能にする開位置に向かってソレノイド作動されることが可能である。弁要素は、第１のソレノイドアクチュエータ６０と関連するコイルに印加される電流に応答して閉位置及び開位置の間で移動可能であり得る。代わりに、弁要素は、油圧式に作動し、機械式に作動し、空圧式に作動し、又は他の任意の適切な方法で作動してもよいことが考えられる。代わりに、弁要素は、閉位置及び開位置の間の任意の位置に移動可能な比例型の弁要素を具現し得ることがさらに考えられる。
【００２７】
第２のソレノイドアクチュエータ６２は、ニードル弁要素５８の閉鎖運動を制御するために、第１のソレノイドアクチュエータ６０とタンク２８との間に配置された２位置弁要素を含んでもよい。弁要素は、タンク２８への燃料流が可能となる開位置に向かってばね付勢され、またタンク２８への流体流を遮断する閉位置に向かってソレノイド作動されることが可能である。弁要素は、第２のソレノイドアクチュエータ６２と関連するコイルに印加される電流に応答して開位置及び閉位置の間で移動可能であり得る。代わりに、弁要素は、油圧式に作動し、機械式に作動し、空圧式に作動し、又は他の任意の適切な方法で作動してもよいことが考えられる。代わりに、弁要素は、３位置型の弁要素を具現し得ることがさらに考えられ、この場合、双方向の加圧燃料流が促進される。
【００２８】
同様に図２に示したように、圧力制御装置１０２は、それぞれの燃料噴射器３２に関連付けてもよい。具体的に、圧力制御装置１０２は、弁要素１０６に動作可能に連結されたアクチュエータ１０４を含んでもよい。弁要素１０６は、第１及び第２の共通レール３４、３７と、燃料噴射器３２との間に配置して、第１及び第２の加圧燃料流を選択的に組み合わせるためにアクチュエータ１０４によって移動可能であり得る。
【００２９】
アクチュエータ１０４は、１つ以上のコラムのピエゾ電気結晶を有するピエゾ電気機構を具現し得る。ピエゾ電気結晶は、ランダムドメイン配向を有する構造である。これらのランダム配向は、永久双極子挙動を示す正イオン及び負イオンの非対称配置である。電界が、例えば電流の印加によって結晶に印加されると、ドメインが並ぶにつれてピエゾ電気結晶は電界の軸に沿って拡張する。アクチュエータ１０４は、燃料噴射器３２又は１つ以上の燃料噴射器３２に関連する別個の独立型の構成要素の部分であり得ると考えられる。
【００３０】
アクチュエータ１０４は、弁要素１０６の運動を機械的に制御するように連結可能である。例えば、電流がアクチュエータ１０４のピエゾ電気結晶に印加されるとき、アクチュエータ１０４は、拡張して弁要素１０６を移動させ、燃料噴射器３２に流れる流体の圧力を高めることが可能である。対照的に、電流がアクチュエータ１０４のピエゾ電気結晶から除去されるとき、アクチュエータ１０４は、収縮して弁要素１０６を移動させ、燃料噴射器３２に流れる流体の圧力を低下させることが可能である。必要に応じて、アクチュエータ１０４のピエゾ電気結晶を省略し、弁要素１０６の運動を他の適切な方法で制御してもよいことが考えられる。
【００３１】
弁要素１０６は、ノズル部材５６の中央ボア８２に導かれる第１及び第２の共通レール３４、４７からの第１及び第２の加圧燃料流を選択的に組み合わせるために、アクチュエータ１０４によって移動可能な比例弁要素又は他の適切な装置を具現し得る。具体的に、弁要素１０は、第１の加圧燃料流のみが中央ボア８２に導かれる第１の位置と、第２の加圧燃料流のみが中央ボア８２に導かれる第２の位置との間で移動可能であり得る。弁要素１０６はまた、第１及び第２の加圧燃料流の一部を中央ボア８２に導くために、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動可能であり得る。弁要素１０６によって中央ボア８２に導かれる第１又は第２の流量及びそれらの比率は、アクチュエータ１０４のピエゾ電気結晶に印加される電流に左右され、中央ボア８２に供給される燃料の圧力に作用し得る。この加圧燃料の組み合わせは、中央ボア８２による可変の燃料圧力を可能にし、オリフィス８４を通した可変の燃料噴射率及び燃焼室２２内への侵入深さをもたらし得る。
【００３２】
図３は、図２の燃料システム１２の代替実施形態を示している。図２の燃料システム１２と同様に、図３の燃料システム１２は、燃料ライン５０とアクチュエータ１０４とを介して第１及び第２の共通レール３４と３７から組み合わせ可能な加圧燃料流を受け取る燃料噴射器３２を含む。しかし、図２に示したアクチュエータ１０４の単一の弁要素１０６と対照的に、図３のアクチュエータ１０４は２つの別個の弁要素１０８と１１０を含む。
【００３３】
第１及び第２の加圧燃料流が弁要素１０６（図２を参照）を介して組み合わせられる噴射イベント中、第２の共通レール３７からのより高圧の燃料は、第１の共通レール３４内に逆方向に流れることができる。この逆流は、燃料システム１２の効率を低下させる可能性がある。燃料システム１２の効率を高めるために、図３のアクチュエータ１０４は別個の弁要素１０８と１１０を実装してもよい。
【００３４】
弁要素１０６と同様に、弁要素１０８は、アクチュエータ１０４によって移動可能な比例弁要素又は他の適切な装置を具現し得る。弁要素１０８は、第２の共通レール３７からの加圧燃料が、燃料噴射器３２から遮断される第１の位置と、第２の共通レール３７からの最大燃料量が燃料噴射器３２に導かれる第２の位置との間で移動可能であり得る。弁要素１０８はまた、第２の加圧燃料流の一部を燃料噴射器２に導くために、第１の位置と第２の位置との間の任意の位置に移動可能であり得る。弁要素１０８によって燃料噴射器３２に導かれる第２の共通レール３７からの第２の加圧燃料流の量は、アクチュエータ１０４のピエゾ電気結晶に印加される電流に対応することが可能である。
【００３５】
弁要素１０８と対照的に、弁要素１１０は、２位置のソレノイド作動弁要素を具現し得る。弁要素１１０は、第１の共通レール３４から実質的にどの加圧燃料も中央ボアに導かれない第１の位置から、第１の共通レール３４からの最大燃料量が燃料噴射器３２に導かれる第２の位置に移動可能であり得る。弁要素１０８と１１０は、別個に又は同時に作動して、第１の共通レール３４又は第２の共通レール３７から、又は第１及び第２の共通レール３４、３７の両方から加圧燃料を独立して導くことが可能である。第１及び第２の共通レール３４、３７からの加圧燃料のこの組み合わせは、中央ボア８２による可変の燃料圧力を可能にし、オリフィス８４を通した可変の燃料噴射率及び燃焼室２２内への侵入深さをもたらし得る。
【００３６】
図４は、燃料システム１２の典型的な動作を示している。開示したシステム及びその動作をさらに例示するために、図４について次のセクションで説明する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の開示の燃料システムは、例えば、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、及びガス燃料動力エンジンを含む様々なエンジンタイプに広範な用途を有する。開示した燃料システムは、加圧燃料システムを利用する任意のエンジンに実装可能であり、この場合、可変の燃料圧力供給を行うことが有利であり得る。次に、燃料システム１２の動作について説明する。
【００３８】
ニードル弁要素５８は、燃料圧力によって発生される力のアンバランスによって移動され得る。例えば、ニードル弁要素５８が第１の又はオリフィス遮断位置にあるとき、燃料供給通路７４からの加圧燃料は、制御室７２に流入して液圧面９８に作用し得る。同時に、燃料供給通路７４からの加圧燃料は、噴射に先行して中央ボア７０と８２に流入し得る。ばね８８の力と、液圧面９８で発生される油圧力とを組み合わせた力は、液圧面１００で発生される対抗力よりも大きく、これによって、ニードル弁要素５８は、第１の位置に留まって、オリフィス８４を通した燃料流を制限するようにされる。オリフィス８４を開いて、加圧燃料を中央ボア８２から燃焼室２２内に噴射するために、第１のソレノイドアクチュエータ６０は、その関連の弁要素を移動させて、制御室７２及び液圧面９８から加圧燃料を選択的に排出することが可能である。液圧面９８に作用する圧力のこの低下により、液圧面１００にわたって作用する対抗力は、ばね８８の付勢力を克服し、これによって、オリフィス開口位置に向かってニードル弁要素５８を移動させ得る。
【００３９】
オリフィス８４を閉じて、燃焼室２２内への燃料噴射を終了するために、第２のソレノイドアクチュエータ６２を通電することが可能である。特に、第２のソレノイドアクチュエータ６２と関連する弁要素が、流れ遮断位置に向かって付勢されるとき、制御室７２からの流体がタンク２８に排出することを防止し得る。制限供給通路８０を介して加圧流体が制御室７２に連続的に供給されるので、圧力は、制御通路７６を通した排出が防止されるときに制御室７２内で急速に形成することが可能である。制御室７２内の圧力増加は、ばね８８の付勢力と組み合わせて、液圧面１００に作用する対抗力を克服し、ニードル弁要素５８を閉位置に向かって押圧し得る。必要に応じて、第２のソレノイドアクチュエータ６２を省略し、第１のソレノイドアクチュエータ６０を使用して、ニードル弁要素５８の開及び閉の両方の運動を開始してもよい。
【００４０】
圧力制御装置１０２は、中央ボア７０と８２に供給されかつ燃焼室２２内に噴射される燃料の圧力に作用し得る。具体的に、アクチュエータ１０４のピエゾ電気結晶に印加される電流に応答して、アクチュエータ１０４は、弁要素１０６（図２参照）と１０８（図３参照）の運動に作用して、第２の共通レール３７から燃料噴射器３２内に流れる加圧燃料量を増大または減少させることが可能である。図２の実施形態に関し、アクチュエータ１０４の運動はまた、第１の共通レール３４から燃料噴射器３２内に流れる加圧燃料量を同時に制御することが可能である。対照的に、図３の実施形態に関し、弁要素１１０を独立して制御し、第１の共通レール３４から燃料噴射器３２内への燃料流量を変更することが可能である。
【００４１】
第１及び第２の共通レール３４、３７からの燃料流量のこの変化は、中央ボア７０と８２内の燃料圧力に直接作用し得る。例えば、アクチュエータ１０４に印加される電流の増加は、第２の共通レール３７からの加圧燃料流量の増加を引き起こし、中央ボア７０と８２内の燃料圧力の上昇をもたらし得る。対照的に、アクチュエータ１０４に印加される電流の減少は、第２の共通レール３７からの加圧燃料流量の減少を引き起こし、中央ボア７０と８２内の燃料圧力の低下をもたらし得る。図２に関し、第２の共通レール３７からの加圧燃料流量の変化は、同時に、第１の共通レール３４からの加圧燃料流量の逆の変化に対応し得る。図３に関し、第１の共通レール３４からの加圧燃料流量は、ソレノイド作動弁要素１１０を介して独立制御され得る。
【００４２】
中央ボア７０と８２に供給され、かつ燃焼室２２内に噴射される燃料の圧力は、単一の噴射サイクル（例えば、ピストン１８の４つの行程中に行われる噴射サイクル）の全体にわたって、あるいは単一の噴射イベント中にも変更可能である。具体的に、図４に示したように、第１の曲線１１２は、単一の噴射サイクル内の弁要素１０６の比例運動を表し得る。第２の曲線１１４は、噴射サイクル中に様々な噴射イベントを表し得る。第３の曲線１１６は、噴射サイクル内の一連の噴射イベント中に噴射される燃料圧力を表し得る。第１及び第２の曲線１１４、１１６から理解できるように、第１の圧力の２つのパイロット燃料噴射は、ピストン１８が上死点（ＴＤＣ）に到達する前に行われるものとして示され、第２の圧力の２つの主燃料噴射は、ピストン１８がＴＤＣに到達したすぐ後に行われるものとして示され、また第３の圧力の１つの後燃料噴射は、ピストン１８の下向き行程で遅く行われるものとして示されている。
【００４３】
第１の曲線１１２と第３の曲線１１６とを比較することによって、弁要素１０６又は１０８の運動が個々の噴射イベントの圧力に作用し得ることを理解することができる。具体的に、弁要素１０６又は１０８が第１の位置にあるとき、噴射イベントの圧力は、燃料ポンプ機構３０ａからの第１の燃料流の圧力と同じである（例えば、約１００ＭＰａ）。弁要素１０６又は１０８が第２の位置にあるとき、噴射イベントの圧力は、第２の燃料ポンプ機構３０ｂからの第２の燃料流の圧力と同じである（例えば、約２００ＭＰａ）。弁要素１０６又は１０８が第１の位置と第２の位置との間の位置にあるとき、噴射イベントの圧力は組み合わせ圧力レベル（例えば、１００〜２００ＭＰａ）にある。第３の曲線１１６と関連する破線１１８は、第１の位置と第２の位置との間で移動する弁要素１０６の速度の作用を示している。図３に示した噴射イベントは典型的なものに過ぎないこと、またピストン１８の運動に対し任意の適切なタイミングで、任意の数の噴射が実施可能であることが指摘される。第２の曲線１１４によって示される相対圧力の大きさが、所望のように、修正可能であることも考えられる。
【００４４】
燃料システム１２は、２つの異なる加圧燃料流を組み合わせることによって噴射燃料圧力を変更し得るので、噴射用に利用可能な異なるレベルの燃料圧力の数は無限であり得る。特に、燃料システム１２は特定の所定の圧力レベルに限定されない。噴射燃料圧力のこの柔軟性により、燃料システム１２の使用を異なる用途に拡げ、ならびにエンジン１０の動作範囲及び効率を大きくすることが可能である。さらに、この柔軟性により、より広範囲の動作条件下の排気ガス基準とのコンプライアンスが可能になり得る。
【００４５】
さらに、燃料システム１２は最小の数の追加構成要素で噴射燃料圧力を変更し得るので、燃料システム１２の複雑さ及びコストは低い可能性がある。具体的に、圧力制御装置１０２の追加は、燃料システム１２に対し極めて僅かな複雑さ又はコストを加えるに過ぎないであろう。
【００４６】
本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の開示の燃料システムに様々な修正及び変更を行うことができることが、当業者には明らかであろう。本明細書に開示した燃料システムの説明と実施を考慮することにより、他の実施形態が当業者には明白であろう。説明及び実施例は模範的なものに過ぎないと考えられ、本発明の真の範囲は、次の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】開示した典型的なエンジンの概略図である。
【図２】図１のエンジン用の開示した典型的な燃料システムの概略断面図である。
【図３】図１のエンジン用の開示した典型的な他の燃料システムの概略断面図である。
【図４】図２と図３の燃料システムの典型的な動作を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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