(57)【要約】  本発明は、内燃機関用燃料噴射デバイスに関する。この内燃機関用燃料噴射デバイスは、高圧燃料を供給され且つ噴射ヘッドのための受座を有する噴射ユニット（４）の内部での並進運動が可能なニードル（３）の端部と一体の噴射ヘッドと、ニードル（３）を振動運動状態にするために、戻しばね（１０）によって保持されるニードル（３）に対して、励起時に作用することが可能な圧電性又は磁歪性の振動性部材（５）とを備え、これにより、燃料噴射流路を定期的に開閉するために、上記噴射ヘッドが上記受座と協働する。この内燃機関用燃料噴射デバイスは、戻しばね（１０）に対抗して、そして振動性部材（５）とは無関係に、ニードルの並進運動を制御するための制御手段（１６、１７）を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用燃料噴射デバイスであって、
高圧燃料を供給され且つ噴射ヘッドのための受座を有する噴射ユニット（４）の内部での並進運動が可能なニードル（３）の端部に固定された噴射ヘッドと、
該ニードル（３）を振動状態にするために、戻しばね（１０）によって保持される該ニードル（３）に対して、励起時に作用することが可能な圧電性又は磁歪性の振動性部材（５）とを備え、
これにより、燃料噴射流路を定期的に開閉するために、上記噴射ヘッドが上記受座と協働し、
該戻しばね（１０）の作用に対抗して、そして振動性部材（５）の制御とは無関係に、該ニードルの該並進運動を制御するための制御手段（１６、１７）を備えることを特徴とする、内燃機関用燃料噴射デバイス。
【請求項２】
該ニードルの該並進運動を制御するための該制御手段が、圧電性又は磁歪性の部材を含む、請求項1に記載の燃料噴射デバイス。
【請求項３】
該ニードル（３）が、該噴射ユニット（４）の内部で並進運動が可能な組立体（４ａ）の一部分を形成する円筒形全体形状の胴体部（８）の端部に取り付けられ、前記組立体が更に、該圧電性又は磁歪性の振動性部材（５）と制振質量体（１５）とを備える、請求項１又は２に記載の燃料噴射デバイス。
【請求項４】
該ニードルの並進運動を制御する手段の該圧電性又は磁歪性の部材（１６）が、該並進運動が可能な組立体（４ａ）に固定される、請求項３に記載の燃料噴射デバイス。
【請求項５】
該並進運動が可能な組立体（４ａ）が、加圧された燃料を供給された油圧制御室（２８）内で運動可能なピストン（２７）を形成する部分を含み、該制御室が、該制御手段（１６、１７）によって稼働される放出弁（３０ａ）を介して低圧燃料戻り流路（２２）と通流する、請求項３に記載の燃料噴射デバイス。
【請求項６】
該燃料噴射流路が、噴射ヘッド（２）の、噴射ユニットに対して相対的な展開型の運動を通じて開口され、制御手段の圧電性又は磁歪性の部材（１６）の励起により、放出弁（３０ａ）が閉じる、請求項５に記載の燃料噴射デバイス。
【請求項７】
該燃料噴射流路が、噴射ヘッド（３３）の、噴射ユニット（４）に対して相対的な引込型の運動を通じて開口され、制御手段の圧電性又は磁歪性の部材（１６）の励起により、放出弁（３０ａ）が開く、請求項５に記載の燃料噴射デバイス。
【請求項８】
該ニードル（３）が、噴射ユニットの格納部（２４）の内部で摺動可能な円筒形の胴体部（８）の肩部（７）に固定される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料噴射デバイス。
【請求項９】
加圧燃料供給流路（１２）及び低圧燃料戻り流路（２２）が、噴射ユニット内に設けられる、請求項１〜８のいずれか1項に記載の燃料噴射デバイス。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、極めて微細に霧化された燃料を提供する、内燃機関用の燃料噴射デバイスの範疇に入る。このために、霧化燃料噴射デバイスは概して、ニードル（針状可動子）の並進運動の制御を可能にする周波数変化の制御を行う可変周波数超音波作動器を備える。作動器の超音波周波数及び励起振幅を、燃焼室内のガスの圧力又は他のパラメータに依存させることが可能であり、これにより、燃焼が開始されると生じる背圧に対して燃料の送達を無関係にすることが可能になる。
【０００２】
この種の噴射デバイスを、直接噴射又は間接噴射ディーゼル機関、予混合圧縮着火機関（ＨＣＣＩ機関として知られる）、そしてまた直接噴射又は間接噴射ガソリン機関に用いることが可能である。全ての場合において、作動器の励起周波数に対する精密な制御による目的は、汚染物質の放出と、燃料消費と、そして煤微粒子の生成とを減少させることである。この種の噴射デバイスはまた、内燃機関が希薄混合気又は層状混合気で動作することを容易にする。
【０００３】
高圧の燃料が供給される噴射ユニットにおいて、圧電性のセラミック・リングの積重ね体から成る超音波圧電性の振動性部材の動作の下で、高周波数振動を得ることができる並進運動が可能なニードルを備えるこの種の燃料噴射デバイスは、例えば、特許出願番号第２８０７００８号（ＲＥＮＡＵＬＴ）により知られている。この積重ね体は、噴射ユニットの内部に取り付けられ、励起されると交番振動の振動性運動を噴射ニードルに固定された円筒状の胴体部に伝える。ニードルの端部に位置する噴射ヘッドが受座と協働して燃料噴射流路を定め、燃料噴射流路の開口部、したがって燃料送達量は噴射ヘッドの振動性運動によって定義される。
【０００４】
上記のような圧電性の制御部材はまた、テルフェノールＤ型の磁歪性の材料又は同等の特性を有する他の材料の棒材を用いる超音波磁歪性の部材に置き換えてもよい。
【０００５】
両方の場合において、振動性部材によってニードルに伝えられた励起が、ニードルの振動的運動を起こさせる。このニードルの振動的運動は、ニードルが適切に、例えば、四分の一波長マッチングによって整合されると、増幅される。
【０００６】
しかし、このような噴射デバイスは種々の欠点を有することが観察される。具体的には、噴射された燃料の送達量を精密に制御するために、噴射ヘッドの振動的運動及び種々の共振効果に対して完全な制御状態を有する必要がある。噴射デバイス内のボア（内径壁面）内での噴射ニードルの擦れ、又は内燃機関のシリンダヘッド内でのヘッドの擦れは、噴射燃料送達量に顕著な衝撃を与えることになる。同様に、共振周波数のミスマッチは、ニードル振動運動の間の運動ノードの位置を変更させることになり、したがって噴射燃料送達量を変えることになる。実際には、これらの種々のパラメータに対して完全な制御状態を得ること、また同一及び経時変化のない性能を有する噴射デバイスを生産することは困難なことが分かっている。
【０００７】
本発明の目的は、噴射燃料送達量に対してよりよい制御を行うことができ、且つこの噴射燃料送達量が熱膨張の影響を受けないようにする燃料噴射デバイスを生産することにより、これらの問題点を解決することにある。本発明の更なる目的は、冷機起動を容易にする、すなわち内燃機関の通常の運転時の場合よりも粘度の高い燃料の噴射を容易にするこのような噴射デバイスである。
【０００８】
一実施例においては、内燃機関用のこの燃料噴射デバイスは、高圧燃料を供給される噴射ユニットの内部での並進運動が可能なニードルの端部に固定された、噴射ヘッドを備える種類の燃料噴射デバイスである。この噴射ユニットは、上記噴射ヘッドのための受座を有する。上記ニードルを振動状態におくために、圧電性又は磁歪性の振動性部材が、戻しばねによって保持される上記ニードルに対して、励起時に作用することが可能である。このようにして、燃料噴射流路を定期的に開閉するために、上記噴射ヘッドが上記受座と協働する。この燃料噴射デバイスはまた、上記振動性部材の制御とは無関係に、上記ニードルの並進運動を制御するための制御手段を備える。
【０００９】
噴射燃料送達量を定義する上記ニードルの運動は、燃料のシート高頻度破砕を生じさせることにより噴射燃料を霧化するような振動性部材の励起とは無関係に制御される。
【００１０】
このようにして燃料シート破砕励起とは無関係にニードルの運動を制御することにより、より精密にそしてより良く制御された燃料送達量を得ることが可能である。噴射された燃料のシート破砕のための振動性部材の励起周波数は変化させることができ、特定のニードル運動を得るために振動性部材の励起周波数を最適化する必要はもはやない。その理由は、ニードルの運動が別の手段によって制御されるからである。
【００１１】
ニードルの高周波の振動運動を用いる霧化に対する制御はまた、ニードルの運動開始前でも始動することができ、後で止めることができる。
【００１２】
高周波の超音波によって制御される霧化は、振動運動の周波数を変えることによって、噴射すべき燃料の温度に合わせて調整することが容易である。したがって、より粘度の高い燃料での冷気起動が扱いやすくなる。
【００１３】
ニードルの運動の制御を通じて膨張空隙をふさぐことによって、噴射デバイスの構成部分の熱膨張にかかわらず噴射燃料送達量を完全に一定に維持することもまた容易になる。
【００１４】
一推奨実施例においては、ニードルの運動を制御する手段が、ニードルの振動運動を生成する振動性部材とは無関係に励起することができる圧電性又は磁歪性の部材を備える。
【００１５】
ニードルは、噴射ユニットの内部で並進運動が可能な組立体の一部分を形成する円筒形全体形状の胴体部の端部に取り付けられるので有利である。ニードルの振動運動を生成し噴射された燃料のシート破砕を行う圧電性又は磁歪性の振動性部材が、この運動組立体の一体部分を形成する。この運動組立体はまた、この運動組立体の共振周波数を定義するように設計される制振質量体を備える。
【００１６】
一実施例においては、ニードルの並進運動を制御する手段の圧電性又は磁歪性の部材が、この運動組立体に固定される。
【００１７】
別の実施例においては、運動組立体が、高圧燃料を供給された油圧制御室内で運動可能なピストンを形成する部分を備える。この油圧制御室が、制御手段によって稼働される放出弁を介して低圧燃料戻り流路と通流する。放出弁の位置を変えることにより、油圧制御室内の圧力を変えることができ、これによりピストン及び運動組立体を動かすことができる。
【００１８】
燃料噴射流路が、噴射ヘッドの、噴射ユニットに対して相対的な展開型の運動を通じて開口される。この場合、制御手段の圧電性又は磁歪性の部材の励起により放出弁が閉じる。
【００１９】
代替手法として、燃料噴射流路が、噴射ヘッドの、噴射ユニットに対して相対的な引込型の運動を通じて開口される。この場合、制御手段の圧電性又は磁歪性の部材の励起により、放出弁が開く。
【００２０】
ニードルは概して、噴射ユニットの格納部の内部で摺動可能な円筒形の胴体部の肩部に固定され、これにより流体漏れが極めて少量に保たれる。こうして流量制限器が、噴射ユニットの内部で戻り流路の方へ漏れ出る加圧燃料に対して定義される。
【００２１】
高圧燃料供給流路及び低圧燃料戻り流路が噴射ユニット内に、例えば、噴射ユニットの壁厚内に設けられるので有利である。
【００２２】
本発明は、制限を課するものではない事例として採られた添付図面で例示されるいくつかの実施例の詳細説明の検討からより良く理解されよう。
【実施例】
【００２３】
図１に示すように、その全体に参照番号１を付けた燃料噴射デバイスが、噴射ユニット４の内部での並進運動が可能なニードル３の端部に固定された噴射ヘッド２を備える。圧電性の振動性部材５が、圧電性の材料で作られた４つのセラミック・リングの積重ね体６から成る。
【００２４】
ニードル３が、円筒形の胴体部８の、ニードル３の方向へ延びる肩部７に固定される。チャンバ９の内部に取り付けられた円筒形の胴体部８と噴射ユニット４の壁部との間に空隙を残すように、円筒形の胴体部８の直径を噴射ユニット４の内部空洞部に合致させる。戻しばね１０が円筒形の胴体部８に対して、噴射ヘッド２をその受座１１に押し付ける方向、すなわち燃料噴射流路を閉じる方向に円筒形の胴体部８を動かすような仕方で作用する。燃料が燃料供給流路１２を介して高圧で導入される。燃料供給流路１２は、噴射ユニット４の壁部を長手方向に通り、ニードル３と、受座１１がその端部に定義される案内部１４との間に残る空間１３で終る。
【００２５】
円筒形の胴体部８の上方に、振動性部材５を定義する圧電性セラミックの積重ね体６が取り付けられる。振動性部材５の上方に、円筒形の胴体部８及び種々の圧電性のセラミック・リング６と同じ直径の円筒形全体形状を有する制振質量体１５が取り付けられる。ニードル３と肩部７と円筒形の胴体部８と振動性部材５とそして制振質量体１５とによって形成される組立体が、噴射ユニット４の内部での並進運動が可能な、運動組立体４ａを構成する。
【００２６】
この運動組立体４ａの上部に取り付けられ、制振質量体１５に固定されるのが、磁歪性の棒材１６であり、この磁歪性の棒材１６が運動組立体４ａの、したがってニードル３の運動を制御する手段を構成する。これを行うために、磁歪性の棒材１６は励起ソレノイド１７の内部に取り付けられる。磁歪性の棒材１６はまた、固定部材１８に固定され、この固定部材１８により磁歪性の棒材１６が噴射ユニット４の中に固定される。
【００２７】
噴射デバイス１を構成する種々の部材の組立を可能にするために、噴射ユニット４はいくつかの部分に分けて作られることを注記したい。噴射ユニット４は事実上、内部において円筒形の胴体部８と振動性部材５とそして制振質量体１５とを備える運動組立体４ａが運動可能な、チャンバ９を定義する中央部分１８から成る。この中央部分１８の上方には、上部キャップ１９が取り付けられる。この上部キャップ１９は、留め金リング２０によって中央部分１８上に保持される。上部キャップ１９は、励起ソレノイド１７と磁歪性の棒材１６とを内蔵する中央格納部２１から成る。これに加えて、上部キャップ１９の壁部が、低圧燃料戻り流路２２で貫かれている。このダクト２２は、チャンバ９と通流し、噴射されなかった燃料の低圧での戻りを可能にする。
【００２８】
噴射デバイス１の底部において、噴射ユニット４は下部部分２３で完結する。下部部分２３は、中央格納部２４を有し、その内部で肩部７が並進運動を実施することができる。中央格納部２４は、噴射されなかった燃料のための流量制限手段を定義する。この噴射されなかった燃料は、肩部７と中央格納部２４との間に存在する空隙内で上方へ、それから戻り流路２２までチャンバ９を介して通ることにより排出されることが可能である。
【００２９】
加圧燃料供給流路１２は、噴射ユニット４の中央部分１８に固定された側面ブロック２６内に設けられた取入口部分２５を有する。
【００３０】
運転時には、加圧燃料が加圧燃料供給流路１２を介して供給される。ニードル３及び噴射ヘッド２の高周波振動運動を起こすために、圧電性の部材６に、図示しない手段によって超音波高周波数で電流が供給される。ここでは噴射ヘッド２が球形に作られ、その約半分が受座１１から突出していることを注記したい。噴射ヘッドには別の形状を持たせてもよい。
【００３１】
噴射ヘッド２の超高周波の振動運動が、シート状の噴射された燃料のシートを破砕し、これにより燃料が極めて微細な液滴の形状に霧化される。
【００３２】
これに加えて、励起ソレノイド１７への電流の供給が励起ソレノイド１７の内部に磁場を形成させ、これにより磁歪性の棒材１６の長さが磁歪効果により伸びることになる。この伸張が、制振質量体１５と振動性部材５と円筒形の胴体部８と肩部７とそしてニードル３とにより形成される運動組立体４ａ上への下向きの推力を生じさせる。この下向きの並進運動が、噴射ヘッド２をその受座１１から離れる方向に運動させ噴射燃料送達量を増加させる。
【００３３】
一方では励起ソレノイド１７にそして他方では圧電性の部材６に電流の独立供給を行うことにより、相互に全く無関係にニードル３の運動を制御することが可能である。ニードル３の運動の制御は、一方では噴射燃料送達量を制御し、他方では噴射ヘッド２の振動運動の周波数を制御する。そして噴射ヘッド２の振動運動の周波数の制御が、シート状の噴射燃料のシート破砕を制御する。
【００３４】
圧電性の部材６の励起がニードル３の振動運動を生じさせ、このニードル３の振動運動は、例えば、四分の一波長マッチングを用い、ニードル３、肩部７、円筒形の胴体部８及び制振質量体１５の共振周波数を勘案して種々の構成要素を適切に整合させることによって増幅されることを注記したい。
【００３５】
本発明のデバイスにより、ニードルは磁歪性の棒材１６のみによって運動させられ、他方、噴射燃料の霧化を生じさせる噴射燃料のシート破砕は、別個の励起によって最適化することが可能である。
【００３６】
図示例においては振動性部材５が圧電性の部材であるが、同一の振動運動を得るために磁歪性の部材の使用の発想も可能であることを理解されたい。同様に、ニードル３の並進運動を生じさせるために磁歪性の棒材１６を用いるのでなくその代わりに圧電性のデバイスを用いることも可能である。
【００３７】
図２に示す実施例においては、同様な構成部分には同一の参照番号を付けているが、図１に示す実施例とは磁歪性の棒材１６の作用の仕方において異なる。具体的には、図２の実施例においては、ピストンを形成する円筒形部分２７が、制振質量体１５の上端に取り付けられる。このピストン２７は、加圧燃料供給流路２５に接続された枝流路２９によって加圧燃料を供給される油圧制御室２８内での運動が可能である。
【００３８】
磁歪性の棒材１６及び励起ソレノイド１７は、図１の実施例におけるようにニードル３を備える運動組立体４ａに固定されてはいない。その代わりに、磁歪性の棒材１６の下端部３０が、円錐形の構成部分から成り、この円錐形の構成部分は、上部キャップ１９内に形成され且つ油圧制御室２８内の加圧燃料のための流路を定義する同じく円錐形の受座３１と協業することが可能である。したがって、下端部３０と受座３１とを備える組立体が燃料の放出弁３０ａを構成する。放出弁３０ａが開いていると、加圧燃料が中央格納部２１に入りそれから、低圧燃料戻り流路２２と通流する流路３２を介して低圧で燃料タンクに戻される。
【００３９】
励起ソレノイド１７による磁歪性の棒材１６の励起が、前の実施例におけるように磁歪性の棒材１６を伸張させ、円錐形の端部３０の下向きの運動をもたらし、こうして油圧制御室２８内にある加圧燃料の漏出流路を減少させることにより放出弁３０ａが閉じられることになる。この結果として、油圧制御室２８内の圧力が増加し、これがピストン２７への推力を生じさせ、更に制振質量体１５と振動性部材５と肩部７と円筒形の胴体部８とそしてニードル３とから構成される運動組立体４ａの下向きの並進運動を生じさせる。したがって、燃料噴射流路が噴射ヘッド２の下向きの運動によって増加する。
【００４０】
前の実施例におけるように、振動性部材５を形成する圧電性リングの積重ね体６に超高周波で電流が供給され、こうしてニードル３と噴射ヘッド２とに超高周波の交番運動が伝えられ、この超高周波の交番運動が燃料の取入口を定期的に開閉し、燃料が極めて微細な液滴に分解破砕される。
【００４１】
励起ソレノイド１７に電力が供給されないと、磁歪性の棒材１６が収縮し、これで放出弁３０ａが開き端部３０と受座３１との間の漏出流路が増加する。したがって、燃料が油圧制御室２８からより容易に排出され低圧燃料戻り流路２２にアクセスできる。ピストン２７は、より低い圧力が掛かるため、もはや戻しばね１０が与える上向きの力に対抗できず、このことはニードル３が上がりそして噴射ヘッド２が噴射流路を閉じることを意味する。図１に示すように、振動性作動器は磁歪性の部材を用いて実施してもよい。
【００４２】
図１及び図２に示した両実施例において、噴射ヘッド２は「展開」型である。噴射燃料送達量を増加させることができるのは、ニードル３の、図面上で下向きの並進運動を通じてである。
【００４３】
他方、図３に例示する実施例は、「引込」型のニードルを示す。ニードル３は実際、円錐形の端部３３を有し、この円錐形の端部３３が、ここでは円錐形に作られた受座１１と協働する。この実施例においては、噴射流路の開口部を増大させるのは、ニードル３の、図３上で上向きの並進運動を通じてである。したがって、戻しばね１０はこの場合には、制振質量体１５の上部に取り付けられ、下向きの力を出し、この下向きの力がニードル３を下げて燃料噴射流路を閉じる。
【００４４】
図３に示す実施例においては、同様な構成部分には同一の参照番号を付けてあるが、ニードルの運動の制御は図２の実施態様におけるように油圧手段を用いて行われる。したがって、同じ配置で同様の、油圧制御室２８内で運動が可能なピストン形成円筒形部分２７が見られる。しかし、ニードル３を制御するための運動が今や反対向きになったので、放出弁３０ａはここでは図２に例示の実施例に用いられた配置に関しては逆転されている。磁歪性の棒材１６がその下端を介して円錐台部材３４に固定され、この円錐台部材３４に対して戻しばね３５が作用し、この戻しばね３５はまたピストン２７の上面をも圧迫する。戻しばね３５は、油圧制御室２８内に格納される。
【００４５】
励起ソレノイド１７が電流を供給されると、磁歪性の棒材１６が伸張して円錐形の端部である円錐台部材３４を下向きに運動させ、このことが、円錐台部材３４をその受座３１から離れるように運動させることにより放出弁３０ａによって定義される流路を開く効果を有する。
【００４６】
この結果として、油圧制御室２８内の加圧燃料のより大きな漏出送達量が生じることに成り、この大きな漏出送達量は、中央格納部２１と、低圧燃料戻り流路２２と通流する流路３２とを介して排出される。このことから、油圧制御室２８内の圧力減少が生じ、これがピストン２７の、したがってニードル３の上向きの運動を可能にし、この上向きの運動が端部３３を介しての噴射流路を開くことになる。肩部７がピストンとして作用し、運動組立体４ａを上向きに駆動する。
【００４７】
当然ながら、油圧制御室２８内の油圧圧力の減少があるときに、ピストン２７とニードル３とその中間の他の部材とから成る運動組立体４ａの上向きの運動を可能にするように戻しばね１０が選択される必要がある。戻しばね３５は、運動組立体の動きを安定させることができるが、省略することも可能である。
【００４８】
当然ながら、上記の例において示した、ニードル３の並進運動を生じさせるための種々の手段は、個々の場合において、ニードルの形式が展開型か引込型かに合わせて調整することができる。言い換えれば、図１に示した磁歪性の棒材を図３に示した噴射デバイスに適合させることが可能である。例えば、励起ソレノイド１７への電力の供給を減少させることにより、磁歪性の棒材を収縮させて、ニードルの上向きの運動を生じさせることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による噴射デバイスの第１の実施例の断面概略図である。
【図２】本発明による噴射デバイスの第２の実施例の同様の断面図である。
【図３】本発明による噴射デバイスの第３の実施例の同様の断面図である。
【図１】
2009501868.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009501868.tif 000005
【国際調査報告】
2009501868.tif 000006
2009501868.tif 000007
2009501868.tif 000008
2009501868.tif 000009
2009501868.tif 000010
2009501868.tif 000011