(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関用の燃料噴射システムに用いられる改良された可変オリフィス式噴射ノズル及びその噴射ノズルを用いる噴射器を提供すること。【解決手段】内燃機関用の噴射ノズル４は、弁座面２２を画成する孔８を備え、かつ第１ノズル出口１２と第２ノズル出口１８とを有するノズル本体６と、ノズル出口１２，１８の上流側の第１供給室５０と、孔８内において移動可能で、それ自体が軸方向孔１６を備える外側弁部材１０であって、外側弁部材１０がそのシート２４から持ち上がるときに、第１供給室５０から少なくとも第１ノズル出口１２への燃料流れを制御するように、弁座面２２によって画成された外側弁シート２４と係合可能である外側弁部材１０とを備えている。【選択図】図３
2006105145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の噴射ノズル（４）において、
弁座面（２２）を画成する孔（８）を備えるノズル本体（６）であって、第１ノズル出口（１２）と第２ノズル出口（１８）とを有するノズル本体（６）と、
前記ノズル出口（１２，１８）の上流側の第１供給室（５０）と、
前記孔（８）内において移動可能で、それ自体が軸方向孔（１６）を備える外側弁部材（１０）であって、前記外側弁ニードル（１０）がそのシート（２４）から持ち上がるときに、前記第１供給室（５０）から少なくとも前記第１ノズル出口（１２）への燃料流れを制御するように、前記弁座面（２２）によって画成された外側弁シート（２４）と係合可能である外側弁ニードル（１０）と、
前記軸方向孔（１６）内において移動可能で、互いに軸方向に離間された第１及び第２シートライン（７３，７５）を備える内側弁部材（１４）であって、前記両シートライン（７３，７５）は、前記内側弁部材（１４）が前記弁座面（２２）によって画成された内側弁シート（２５）から持ち上がるときに、第２供給室（２０）から前記第２ノズル出口（１８）への燃料流れを制御するように、前記内側弁シート（２５）と係合可能であり、前記内側弁部材（１４）は、燃料が前記第１供給室（５０）から前記第２供給室（２０）に流れ得るように、前記内側弁部材（１４）に設けられた軸方向通路（７２）を備える流路手段（５２，７０，７２）を少なくとも部分的に画成するような内側弁部材（１４）と、
を備えていることを特徴とする噴射ノズル。
【請求項２】
前記内側弁シート（２５）は、それぞれ、前記第２出口（１２）の軸方向において上側と下側に配置された第１及び第２シート（２５ａ、２５ｂ）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の噴射ノズル。
【請求項３】
前記流路手段は、前記内側弁部材に設けられた少なくとも１つの半径方向通路を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の噴射ノズル。
【請求項４】
前記流路手段は、前記外側弁ニードル（１０）に設けられた少なくとも１つの半径方向通路（５２）を備えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項５】
前記第１及び第２シートライン（７３，７５）は、前記内側弁部材（１４）に設けられた環状溝によって、少なくとも部分的に画成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項６】
前記外側弁部材（１０）は、前記外側弁座部（２４）によって画成された第１及び第２シート（２４ａ，２４ｂ）と係合する第１及び第２シートライン（１１，１３）を画成し、前記第１及び第２シート（２４ａ，２４ｂ）は、それぞれ、前記第１出口（１２）の軸方向において上側及び下側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項７】
前記第１及び第２シートライン（１１，１３）は、前記外側弁部材（１０）に設けられた環状溝によって、少なくとも部分的に画成されていることを特徴とする、請求項６に記載の噴射ノズル。
【請求項８】
前記内側弁部材（１４）に連結されたスリーブ部材（８２）と、前記外側弁部材（１０）に連結されたリング部材（８０）とをさらに備え、前記リング部材（８０）は、前記外側弁部材（１０）が所定距離（Ｌ）よりも大きい距離だけ軸方向に移動して前記内側弁部材（１４）に軸方向運動を与えるとき、前記スリーブ部材（８２）と係合するようになっていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項９】
前記リング部材（８０）と前記スリーブ部材（８２）は、それぞれ、第１及び第２端面（８０ａ，８０ｂ；８２ａ，８２ｂ）を有し、前記リング部材（８０）の前記第１端面（８０ａ）は、前記スリーブ部材（８２）の前記第１端面（８２ａ）と対向し、前記外側弁部材（１０）と前記内側弁部材（１４）が着座したとき、前記スリーブ部材（８２）の前記第１端面（８２ａ）から前記所定距離（Ｌ）だけ離間するようになっていることを特徴とする、請求項８に記載の噴射ノズル。
【請求項１０】
前記リング部材（８０）の前記第２端面（８０ｂ）は、前記内側弁部材（１４）によって設けられた肩（１５）と当接していることを特徴とする、請求項９に記載の噴射ノズル。
【請求項１１】
内燃機関用の噴射ノズル（４）において、
弁座面（２２）を画成する孔（８）を備えるノズル本体（６）であって、第１ノズル出口（１２）と第２ノズル出口（１８）とを有するノズル本体（６）と、
前記ノズル出口（１２，１８）の上流側の第１供給室（５０）と、
前記孔（８）内において移動可能であり、それ自体が軸方向孔（１６）を備える外側弁部材（１０）であって、前記外側弁部材（１０）がそのシート（２４）から持ち上がるときに、前記第１供給室（５０）から少なくとも前記第１ノズル出口（１２）への燃料流れを制御するように、前記弁座面（２２）によって画成された外側弁シート（２４）と係合可能である外側弁部材（１０）と、
前記軸方向孔（１６）内において移動可能で、互いに軸方向において離間される第１及び第２シートライン（７３，７５）を備える内側弁部材（１４）であって、前記両シートライン（７３，７５）は、前記内側弁部材（１４）が前記弁座面（２２）によって画成された内側弁シート（２５）から持ち上がるときに、第２供給室（２０）から前記第２ノズル出口（１８）への燃料流れを制御するように、前記内側弁シート（２５）と係合可能であるような内側弁ニードル（１４）と、
前記外側弁部材（１０）が所定距離（Ｌ）よりも大きい距離だけ軸方向に移動したときに、前記外側弁部材（１０）を前記内側弁部材（１４）に連結するように構成された連結手段であって、前記内側弁部材（１４）は、燃料が前記第１供給室（５０）から前記第２供給室（２０）に流れ得るように、前記内側弁部材（１４）内に設けられた軸方向通路（７２）を備える流路手段（５２，７０，７２）を少なくとも部分的に画成するような連結手段と、
を備えていることを特徴とする噴射ノズル。
【請求項１２】
前記連結手段は、前記内側弁部材（１４）に連結されたスリーブ部材（８２）と、前記外側弁部材（１０）に連結されたリング部材（８０）とを備え、前記リング部材（８０）は、前記外側弁部材（１０）が所定距離（Ｌ）よりも大きい距離だけ軸方向に移動して前記内側弁部材（１４）に軸方向運動を与えるとき、前記スリーブ部材（８２）と係合するようになっていることを特徴とする、請求項１１に記載の噴射ノズル。
【請求項１３】
前記リング部材（８０）と前記スリーブ部材（８２）は、それぞれ、第１及び第２端面（８０ａ，８０ｂ；８２ａ，８２ｂ）を有し、前記リング部材（８０）の前記第１端面（８０ａ）は、前記スリーブ部材（８２）の前記第１端面（８２ａ）と対向し、前記外側弁部材（１０）と前記内側弁部材（１４）が着座したとき、前記スリーブ部材（８２）の前記第１端面（８２ａ）から前記所定距離（Ｌ）だけ離間するようになっていることを特徴とする、請求項１２に記載の噴射ノズル。
【請求項１４】
前記リング部材（８０）の前記第２端面（８０ｂ）は、前記内側弁部材（１４）によって設けられた肩（１５）と当接することを特徴とする、請求項１３に記載の噴射ノズル。
【請求項１５】
内燃機関に用いられる噴射器（２）において、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の噴射ノズル（４）と、前記外側弁部材（１０）の軸方向移動を制御するためのアクチェータ（３０）とを備えていることを特徴とする噴射器。
【請求項１６】
前記アクチェータは、圧電アクチェータ（３０）であることを特徴とする、請求項１５に記載の噴射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用の燃料噴射システムに用いられる噴射ノズルに関する。さらに詳細には、制限はしないが、本発明は、第１及び第２弁ニードルが複数のノズル出口を通る燃料空間内への燃料の噴射を制御するように作動可能である、圧縮点火内燃機関に用いられる噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ますます厳しくなる環境規制によって、例えば、炭化水素、酸化窒素（ＮＯｘ）、及び一酸化炭素のような車両排気物質のレベルを低減するように、大きな圧力が自動車製造業者に課せられている。よく知られているように、排気物質を低減させる有効な方法は、燃料を高噴射圧力（例えば、約２０００バール）で燃焼空間に供給すること、及び燃料の噴霧を最適化し、それによって、効率を改善し、かつ排ガス中の炭化水素のレベルを低減するために、小径のノズル出口を採用することである。上記の手法は、燃料効率を改良し、有害なエンジンの排気物質を低減するのに有効であるが、関連する欠点は、ノズル出口の直径の縮小が高エンジン負荷時における高噴射流量の要件と相反し、車両性能を損なうことである。
【０００３】
いわゆる「可変オリフィスノズル」（ＶＯＮノズル）は、燃料を燃焼空間に噴射するのに用いられるオリフィスの数（従って、全オリフィス面積）を、異なるエンジン負荷に対して変更することを可能とするものである。典型的には、このような噴射ノズルは、少なくとも２つのノズル出口の組を有し、第１及び第２弁ニードルが、燃料噴射を１つの出口の組のみを介して行なうか又は両方の出口の組を介して同時に行なうかのいずれかを制御するように、作動可能となっている。本出願人による同時係属中の欧州特許出願第０４２５０９２８．１号に記載されているようなこの種の周知の噴射ノズルでは、第１（上側）ノズル出口の組への燃料流れは、外側弁ニードルによって制御され、第２（下側）ノズル出口の組への燃料流れは、内側弁ニードルによって制御されている。第１ノズル出口の組を通る燃料の流れが十分な量に達した後にのみ、内側弁ニードルが外側弁ニードルによって持上げられるようになっている。この種の噴射ノズルは、比較的低エンジン負荷においてエンジン排気物質を最適化するために、小さい全ノズル出口面積を選択することを可能にするものである。一方、比較的高エンジン負荷において全燃料流量を増大させるために、大きい全ノズル出口面積が選択されている。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、このような背景技術の下で、考案されたものである。本発明は、内燃機関用の噴射ノズルであって、弁座面を画成する孔を備え、かつ第１ノズル出口と第２ノズル出口とを有するノズル本体を備える噴射ノズルを提供するものである。この噴射ノズルは、前記ノズル出口の上流側の第１供給室と、孔内において移動可能で、それ自体が軸方向孔を備える外側弁部材をさらに備えている。外側弁部材は、該外側弁部材がそのシートから持ち上がるときに、第１供給室から少なくとも第１ノズル出口への燃料流れを制御するように、弁座面によって画成された外側弁シートと係合可能になっている。このノズルは、軸方向孔内で移動可能で、互いに軸方向において離間された第１及び第２シートラインを備える内側弁部材であって、両シートラインは、内側弁部材がそのシートから持ち上がるときに、第２供給室から第２ノズル出口への燃料流れを制御するように、弁座面によって画成された内側弁シートと係合可能であり、内側弁部材は、燃料が第１供給室から第２供給室に流れ得るように、内側弁部材に設けられた軸方向通路を備える流路手段を備えるような内側弁部材をさらに備えている。
【０００５】
上記の配置構造は、大きな嚢容積部を内側及び外側弁シートの下流側に配置することなく、第１及び第２出口への燃料流れの効率を最適化している。
【０００６】
内側弁シートが、第２出口の軸方向における上側と下側に第１及び第２シートをそれぞれ備えていることが、本発明の好ましい特徴である。第１及び第２シートラインが、内側弁部材に設けられた環状溝によって、少なくとも部分的に画成されていることも、好ましい。
【０００７】
好ましくは、流路手段は、内側弁ニードル内に設けられた少なくとも１つの半径方向通路と、外側弁ニードル内に設けられた少なくとも１つの半径方向通路とを備えている。
【０００８】
噴射ノズルは、好ましくは、外側弁部材が所定距離よりも大きい距離だけ軸方向に移動したときに、外側弁部材を内側弁部材に連結させる連結手段を備えている。好ましい実施形態において、スリーブ部材は内側弁部材に連結され、リング部材は外側弁部材に連結され、リング部材は、外側弁部材が所定距離よりも大きい距離だけ軸方向に移動して内側弁部材に軸方向運動を与えるとき、スリーブ部材と係合されるようになっている。
【０００９】
リング部材とスリーブ部材は、それぞれ、第１及び第２端面を有し、リング部材の第１端面は、スリーブ部材の第１端面と対向し、外側弁部材と内側弁部材が着座したとき、スリーブ部材の第１端面から所定距離だけ離間されているとよい。
【００１０】
本発明は、前述の噴射ノズルと、外側弁ニードルの軸方向移動を制御するためのアクチェータとを備えた燃料噴射器にも及んでいる。
【００１１】
以下、例を挙げて、添付の図面を参照しながら、本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の説明において、「上方」及び「下方」という用語は、図面に示されている噴射ノズルの配向に関して用いられている。同様に、「上流」及び「下流」という用語は、燃料入口からノズルを介して燃料出口に向かう燃料流れの方向に関して用いられている。
【００１３】
図１及び図２を参照すると、本発明の噴射ノズルが組み込まれ得る、総称的に２で表される圧電燃料噴射器が示されている。（図２において詳細に示される）、総称的に４で表される噴射ノズルは、可変オリフィスノズル式である。ノズル４は、軸方向止まり孔８を有するノズル本体６を備え、この孔８内には、ニードル１０の形態にある外側弁部材が滑動可能に嵌入されている。また、ノズル本体６は、第１出口１２の組と第２出口１８の組とをそれぞれ備えている。孔８内で外側弁ニードルを移動させることによって、噴射が第１出口１２の組のみを通してなされるか又は第１出口１２の組と第２出口１８の組を同時に通してなされるかを制御している。
【００１４】
燃料は、例えば、コモンレール又は他の適切な加圧燃料源から入口３９を介して噴射器に供給されるようになっている。このコモンレール又は他の適切な加圧燃料源は、燃料を１つ以上の他の噴射器に供給するように配置されていてもよい。加圧燃料は、入口３９から、入口通路３８と蓄圧容積部３４を通って、孔８内においてノズル本体６と外側弁ニードル１０の上端領域１０ａとの間に画成された環状室７に送られるようになっている。使用時に、外側弁ニードル１０が孔８内において往復運動するときに、上端領域１０ａと孔８との間の協働作用によって、外側弁ニードル１０を案内するように、上端領域１０ａは、ノズル本体孔８の直径と実質的に等しい直径を有している。上端領域１０ａに機械加工によって形成された螺旋溝は、燃料を環状室７から孔８を通って第１供給室５０に送る流路をもたらしている。供給室５０は、外側弁ニードル１０の外面とノズル本体孔８の出口１２，１８の上流側の領域との間に、画成されている。
【００１５】
孔８は、その止まり端に向かって、第２供給室を構成する嚢容積部２０で終端する円錐形状の座面２２を画成している。この座面２２は、外側弁座部２４を画成し、外側弁ニードル１０の下端領域１０ｂは、第１出口１２の組を通る燃料噴射を制御するように、この外側弁座部２４と係合可能である。外側弁ニードル１０は、第１閉鎖バネ２６が収容されているバネ室２６ａ内における燃料圧力と関連するバネ２６によって、外側弁ニードル２４に向かって付勢されている。外側弁ニードル１０は、圧電アクチェータ３０によって、付勢バネ２６で与えられる力と燃料圧力に対抗して、外側弁座部２４から離れる方向に移動するように、作動可能である。
【００１６】
圧電アクチェータ３０は、蓄圧容積部３４内に配置された圧電要素の積層体３２と、電圧を積層体３２の両端に印加することを可能にする電気コネクタ４０とを備えている。使用時において、蓄圧容積部３４は、高圧燃料で充填され、これによって、積層体３２に静水圧負荷を作用させるようになっている。圧電アクチェータ３０は、液圧増幅装置４２を経由して、外側弁ニードル１０に連結されている。積層体３２に印加される電圧を変化させることによって、積層体３２は伸縮し、この運動は、液圧増幅装置４２を介して、外側弁ニードル１０に伝達されている。
【００１７】
図３は、噴射ノズル４をさらに明確に示している。ノズル４は、外側弁ニードル１０の下側領域１０ｂに設けられている軸方向孔１６内に滑動可能に取り付けられたニードル１４の形態にある内側弁部材をも備えている。内側弁ニードル１４は、座面２２によって画成された内側弁座部２５と係合可能である。内側弁ニードル１４を内側弁座部２５に向かう方向及び離れる方向に移動させることによって、第２出口１８の組を通る燃料噴射を制御するようになっている。内側弁ニードル１４は、直接には作動されず、以下に説明するように、外側弁ニードル１０が所定量を超えて移動したとき、その外側弁ニードル１０との協働作用によって、移動させられることになる。
【００１８】
第１出口１２の組と第２出口１８の組の入口端は、それらの出口端がノズル本体６の外面で開口するように、座面２２から離れて半径方向に延在している。図面において、第１出口１２の組と第２出口１８の組の各々の単一出口のみが示され、各組の出口は、ノズル本体６の主軸に沿った異なる軸方向位置に配置されていることが理解されるだろう。しかし、実際には、出口１２と１８の各組は、複数の出口を含んでいてもよい。
【００１９】
外側弁ニードル１０に設けられた軸方向孔１６の止まり端は、内側弁ニードル１４の上端を収容するように機能するチャンバー６２を画成している。チャンバー６２は、外側弁ニードル１０内に設けられた横断ドリル孔の形態にある半径方向通路５３を介して、ノズル本体孔８と連通している。この通路５３は、チャンバー６２に対して、通気機能をもたらすものである。加えて、チャンバー６２内の加圧燃料は、内側弁ニードル１４をその弁座部２５に対して付勢する力を与えるように、内側弁ニードル１４に作用している。
【００２０】
外側弁ニードル１０の下端領域１０ｂは、流路手段の一部を画成する半径方向通路５２を備えている。各通路５２の一端は、供給室５０と連通し、各通路５２の他端は、軸方向孔１６と連通している。
【００２１】
内側弁ニードル１４は、３つの領域、すなわち、上側ステム領域１４ａ、下側領域１４ｃ、及び中間にあってステム領域１４ａと下側領域１４ｃとを分離する段領域１４ｂを備えるように、形成されている。ステップ領域１４ｂは、外側弁ニードル１０に設けられた孔１６の直径と実質的に等しい直径を有する円筒形状を有している。その結果、段領域１４ｂは、内側弁ニードル１４が第２出口１８を通る燃料噴射を制御すべく内側弁座部２５と係合及び離脱するように移動するとき、その内側弁ニードル１４を案内するように機能している。
【００２２】
内側弁ニードル１４の下側領域１４ｃは、孔１６の直径と実質的に等しい直径を有し、軸方向に延在する止まり孔７２を備えている。孔７２の止まり端は、ニードル１０，１４の両方が着座したとき、外側弁ニードル１０に設けられた半径方向ドリル孔５２と実質的に一直線に並ぶ半径方向ドリル孔７０を経て、供給室５０と連通している。内側弁ニードル１４に設けられた孔７２と半径方向ドリル穴７０は、外側弁ニードル１０に設けられた半径方向ドリル孔５２と一緒になって、燃料用の二次的又は補助的流路を構成する流路手段を画成している。外側弁ニードル１０が外側弁座部２４から離れる方向に持ち上がったとき、燃料は、上側供給室５０から外側弁座部２４を超えて直接第１出口１２内に流れることが可能となる。内側弁ニードル１４が内側弁座部２５から離れる方向に持ち上がったときも、燃料は、上側供給室５０から、（「主流路」を通って）、外側弁座部２４を超え、直接的に第２出口１８内に流れることが可能となり、又は二次流路を通って、内側弁座部２５を超え、間接的に第２出口１８内に流れることが可能となっている。
【００２３】
外側弁ニードル１０及び内側弁ニードル１４によって与えられる燃料通路は、二次流路５２，７０，７２を通る燃料流れの絞りを許容レベルに制限するように機能し、その一方、下側領域１４ｃは、孔１６の隣接領域との協働作用によって、内側弁ニードル１４の軸方向移動を案内している。従って、使用時に補助流路内を流れる高圧燃料による下側領域１４ｃの横方向の移動は、実質的に排除されることになる。その結果、弁先端の同心性が改良され、従って、燃焼室内への燃料の不要な流入に対してより効率的でかつ確実なシールが得られることになる。さらに、内側弁ニードル１４の下側領域１４ｃの全長が外側弁ニードル１０の孔１６と接触しているので、内側弁ニードル１４の耐摩耗性が改良されることになる。
【００２４】
以下、内側弁ニードル１４の運動を制御する機構を、図３を参照して説明する。ノズル４は、リングの形態にある環状部材８０が外側弁ニードル１０の孔１６内に嵌入される連結手段を備えている。リング部材８０は、別個の異なる部品であり、リング部材８０の外面と孔１６の面との間の摩擦接触によって、外側弁ニードル１０に連結されている。すなわち、リング部材８０は、孔１６に締まり嵌めされている。
【００２５】
リング部材８０は、第１上端面８０ａと第２下端面８０ｂとを備え、該下端面８０ｂは、内側弁ニードル１４の段領域１４ｂによって画成された段又は肩１５と当接している。リング部材８０の内径は、ステム領域１４ａの直径よりも大きく、それにより、ステム領域１４ａは、リング部材８０内を貫通してそれと隙間嵌めされることになる。図３に示される位置において、バネ２６の力は、外側弁ニードル１０をそのシートに対して付勢することが理解されるだろう。そして、これにより、内側弁ニードル１０が、肩１５に対して作用する外側弁ニードル１０に連結されたリング部材８０の作動でシートに対して付勢することになる。
【００２６】
リング部材８０の上端面８０ａは、スリーブの形態にある第２環状部材８２の第１下端面８２ａと対向している。スリーブ部材８２は、内側弁ニードル１４とは別個の異なる部品であり、孔１６の直径よりも小さい外径と、ステム領域１４ａの直径と実質的に等しい内径とを有している。換言すれば、スリーブ部材８２は、ステム領域１４ａに締まり嵌めされ、摩擦接触によって内側弁ニードル１４に連結されている。
【００２７】
スリーブ部材８２の下端面８２ａとリング部材８０の上端面８０ａとは、製造時において予め定められた距離「Ｌ」だけ離間している。外側弁ニードル１０が使用時に持ち上がったとき、リング部材８０の上端面８０ａは、スリーブ８２の下端面８２ａと接触し、内側弁ニードル１４をも移動させることになる。従って、距離「Ｌ」は、外側弁ニードル１０を、内側弁ニードル１４と相互作用してそれに運動を伝える前に、どれだけの量だけ、外側弁座部２４から離れる方向に持ち上げる必要があるかを決定するものである。スリーブ部材８２の下端面８２ａとリング部材８０の上端面８０ａとは、内側弁ニードル１４及び外側弁ニードル１０の両方が着座したとき、最大間隔（すなわち、所定距離「Ｌ」）だけ、離れていることが理解されるべきである。
【００２８】
図４（尺度は明確にするために誇張されている）は、外側弁ニードル１０が着座したとき、該外側弁ニードル１０のシート領域１０ｂが、第１出口１２の上流側に第１（上側）シートライン１１と、第１出口１２の下流側に第２（下側）シートライン１３を画成するように形成されていることを、示している。外側弁ニードル１０は、溝又は凹領域を備え、この溝領域は、その上縁及び下縁において、それぞれ、上側及び下側シートライン１１，１３を画成している。さらに具体的には、図４は、外側弁ニードル１０の下端領域１０ｂが、実質的に切頭円錐形状の４つの異なる領域、すなわち、上側シート領域１０ｃ、上側溝領域１０ｄ、下側溝領域１０ｅ、及び端領域１０ｆを備えていることを示している。従って、上側溝領域１０ｄの上縁は第１シートライン１１を画成し、下側溝領域１０ｅの下縁は下側シートライン１３を画成している。
【００２９】
上側溝領域１０ｄと下側溝領域１０ｅは、一緒になって、外側弁ニードル１０の凹領域又は溝を形成し、座面２２の隣接領域と一緒になって、第１出口１２の各々の入口端において、燃料用の環状容積部６４を画成している。上側及び下側シートライン１１，１３は、その第１及び第２シート２４ａ，２４ｂにおいて、それぞれ、外側弁座部２４と係合している。
【００３０】
外側弁ニードル１０と同様に、内側弁ニードル１４の下側領域１４ｃは、溝領域又は凹領域を備えており、この領域は、その上縁と下縁において、それぞれ、内側弁ニードル１４が着座したときに第２出口１８の軸方向における上側と下側に配置される上側及び下側シートライン７３，７５を画成している。換言すれば、第２出口１８は、シートライン７３，７５が第１及び第２シート２５ａ，２５ｂと係合する位置の中間に配置されている。さらに具体的には、図４は、下側領域１４ｃの端が３つの異なる切頭円錐形状の領域、すなわち、上側溝領域１４ｄ、下側溝領域１４ｅ、及び先端領域１４ｆを備えていることを、示している。上側溝領域１４ｄと下側溝領域１４ｅは、一緒になって、内側弁ニードル１４の凹領域又は溝を形成し、座面２２の隣接領域と一緒になって、第２出口１８の入口端において、燃料用の環状容積部７７を画成している。上側溝領域１４ｄの上縁は第１シートライン７３を画成し、下側溝領域１４ｅの下縁は下側シートライン７５を画成し、これらのラインは、第１及び第２シート２５ａ，２５ｂのそれぞれにおいて、内側弁座部２５と係合している。
【００３１】
以下、噴射器２の作動について、説明する。高圧下の燃料が、高圧燃料源（例えば、コモンレール）から、入口３９、入口通路３８、及び蓄圧容積部３４を介して、環状室７に供給される。このようにして、燃料は、孔８、従って、上側供給室５０及び下側供給室２０に供給される。最初、圧電アクチェータ３０は、積層体３２が伸張状態にあり、噴射ノズル４が図３に示される位置となるように、励磁されている。このとき、外側弁ニードル１０は、バネ室２６ａ内の燃料圧力による力と関連するバネ２６の付勢力によって、その座部２４に対して保持されている。内側弁ニードル１４は、段領域１４ｂに当接しているリング部材８０によって、その座部２５に対して保持されている。この非噴射状態において、アクチェータ３０は、比較的高い励磁レベルに保持されている。この圧電アクチェータ３０が第１励磁レベルに脱磁されると、積層体３２が収縮され、その結果、持上げ力が、液圧増幅装置４２を経て、外側弁ニードル１０に伝達される。従って、外側弁ニードル１０は、外側弁座部２４から離れる方向に移動するように付勢され、これによって、上側シートライン１１を上側シート２４ａから離脱させ、下側シートライン１３を下側シート２４ｂから離脱させる。これが、図５における噴射ノズル４の位置である。
【００３２】
アクチェータ３０の最初の脱磁中、外側弁ニードル１０は、距離Ｌよりも短い距離だけ移動される。この最初の移動中、リング部材８０は、そのリング部材８０と外側弁ニードル１０との間の摩擦係合によって、外側弁ニードル１０と共に運ばれ、これによって、リング部材８０の上端面８０ａは、スリーブ部材８２の対向する端面８２ａに接近、すなわち、その端面８２ａに向かって移動する。同時に、リング部材８０の下端面８０ｂは、段領域１４ｂの肩１５から離脱される。外側弁ニードル１０が移動する距離が所定距離「Ｌ」よりも短いので、リング部材８０の上端面８０ａは、スリーブ部材８２の下端面８２ａと係合しない。従って、内側弁ニードル１４は、該内側弁ニードル１４の上端に作用するチャンバー６２内の加圧燃料の影響によって、内側弁座部２５に着座したまま維持されることになる。
【００３３】
外側弁ニードル１０がこの最初の量だけ移動したとき、加圧燃料は、主流路に沿って、上側供給室５０から、上側シートライン１１を超えて、環状容積部６４に流れ、第１出口１２から燃焼室（図示せず）に流れることが可能となる。また、燃料は、二次流路に沿って、上側供給室５０から、半径方向通路５２と軸方向孔１６を通って、下側供給室２０内に流れることも可能となる。
【００３４】
噴射器の作動のこの段階中、外側弁ニードル１０の運動は、内側弁ニードル１４から分断されていることが理解されるだろう。内側弁ニードル１４が内側弁座部２５に着座している間、燃料は、上側供給室５０から、第１シート２５ａを超えて、第２出口１８に流れることができないし、下側供給室２０から、第２シート２５ｂを超えて、第２出口１８に流れることもできない。前述の条件は、比較的少量の燃料のみが比較的小さい第１出口１２の組のみを通って噴射されるので、比較的低出力用途に対して最適な燃料噴射を示している。
【００３５】
もしこの時点において、第１出口１２を通る噴射を終えることが必要な場合、圧電アクチェータ３０は、その最初の励磁レベルに再励磁され、積層体３２を伸張させる。その結果、外側弁ニードル１０は、バネ室２６ａ内の燃料圧と関連する閉鎖バネ２６の付勢力の影響により、第１及び第２シート２４ａ，２４ｂの両方において、外側弁座部２４と再係合される。これらの状況下において、噴射ノズル４は、再び、図３に示される位置を取ることになる。
【００３６】
図６は、圧電アクチェータ３０がさらに第２励磁状態に脱磁されて積層体３２の長さをさらに短くする噴射器の作動の次の又は代替的な段階中の噴射ノズルを示している。その結果、外側弁ニードル１０は、所定距離「Ｌ」よりも大きいさらなる量まで、外側弁座部から離れる方向に付勢されている。このような状況下において、リング部材８０の上端面８０ａは、スリーブ部材８２の下端面８２ａと係合され、これによって、外側弁ニードル１０を移動させ、内側弁ニードル１４まで運ばれるか又は連結され、内側弁ニードル１４をその座部２５から持上げることになる。
【００３７】
内側弁ニードル１４が内側弁座部２５から離れる方向に持ち上がると、下側供給室２０内の燃料は、下側シートライン７５を超えて、第２出口１８を通って、燃焼室内に流れることが可能となり、これによって、外側弁座部２４を超えて、第１出口１２内を流れる燃料を補助することになる。加えて、燃料は、上側供給室５０から、上側シートライン７３を超えて、第２出口１８に流れることも可能となる（図４を参照）。燃料流れの全体に対する第１及び第２出口１２、１８からの燃料流れの比率は、それぞれ、相対的な噴射孔の寸法と外側弁ニードル１０及び内側弁ニードル１４がそれらのシート２４，２５から持ち上がる量に依存することが理解されるべきである。従って、もし第２出口１８が、第１出口１２と比較して、比較的大きな断面積を有して形成された場合、より大きな比率の燃料が、第２出口１８を通って噴射され得ることになる。
【００３８】
図７ａ及び図７ｂは、噴射ノズル４の流れ効率をさらに改良する本発明の代替的実施形態を示している。適切であれば、前述の部品と同様の部品は、同様の参照番号で示される。図７ａ及び図７ｂの実施形態は、切頭円錐形状の付加的上側シート領域１４ｇを溝領域１４ｄの上方に備える点において、前述した実施形態と異なっている。対称的に、前述の実施形態の溝領域１４ｄの軸方向において上方の領域は、円筒形状を有している。さらに具体的には、図７ｂは、内側弁ニードル１４の上側シートライン７３が、上側溝領域１４ｄと上側シート領域１４ｇとの間の交差点によって、画成されることを、示している。上側シート領域１４ｇの設置によって、内側弁ニードル１４の面が、上側シートライン７３の上流側において、座面２２となす角度を減少させている。その結果、外側弁ニードル１０の下側シート２４ｂの下流側の領域における燃料の流れの乱れが防がれ、時期尚早なシート磨耗の可能性を減少させることになる。
【００３９】
内側弁ニードル１４の下側領域１４ｃが、孔１６と一緒になって３つの燃料用のチャンバー９２を画成する３つの平面又は凹部９０を備えることが、（図８ａ及び図８ｂに示される）さらに任意選択的な特徴である。その結果、外側弁ニードル１０が外側弁座部２４から離れる方向に持ち上がると、燃料は、上側供給室５０から、チャンバー９２を通って、下側シートライン１３（及び下側シート２４ｂ）を越えて、第１出口１２に流れることが可能となる。従って、２つの第１出口１２への加圧燃料の流路、すなわち、上側供給室５０から直接的に上側弁シート２４ａを越える第１流路と、上側供給室５０からチャンバー９２を介して間接的に上側弁シート２４ａを越える第２流路がある。この実施形態の機能的な結果は、燃料流れの効率が前述した実施形態よりもさらに改良される点にある。この実施形態において、凹部９０は、シートライン７３を干渉しないように、内側弁ニードル１４の面に機械加工によって形成されるべきであることが、理解されるべきである。さらに、例えば、凹部９０の深さを制限する必要のある場合、十分な流通面積を得るために、４つ以上の凹部が内側弁ニードル１４に設けられ得ることも、理解されるべきである。
【００４０】
以下、前述の実施形態の内側弁ニードル１４及び外側弁ニードル１０をノズル本体６内に組み立て得る方法について、説明する。まず、リング部材８０を、内側弁ニードル１４のステム領域１４ａの周囲に被せ、リング部材８０の下面８０ｂをステム領域１４ａと当接させる。次いで、リング部材８０を適切な位置に保持して、スリーブ部材８２をステム領域１４ａの周囲に被せ、リング部材８０を内側弁ニードル１４に保持させる。所定距離「Ｌ」を設定するために、厚み「Ｌ」を有するシムのようなスペーサ工具（図示せず）をリング部材８０の上端面８０ａに配置し、これによって、スリーブ部材８２をシムと係合するように押圧する。シムを取除くと、必要な距離「Ｌ」の間隔が、リング部材８０の上端面８０ａとスリーブ部材８２の下端面８２ａとの間に確立されることになる。
【００４１】
内側弁ニードル１４の組立に続いて、リング部材８０とスリーブ部材８２、すなわち、組み合わされた内側弁ニードル１４とリング／スリーブアセンブリ８０，８２を、外側弁ニードル１０の孔１６内に押込む。次いで、内側及び外側弁ニードル１４，１０を、外側弁ニードル１０のシートライン１１、１３が外側弁座部２４のシート２４ａ，２４ｂとそれぞれ係合し、内側弁ニードル１４のシートライン７３，７５が内側弁座部２５のシート２５ａ，２５ｂとそれぞれ係合するように、一緒に、ノズル本体孔８内に挿入する。ノズルの組立に続いて、内側弁座部２５及び外側弁座部２４における効果的なシールを確立するために、合せ操作を行なう。シートの合せ操作は、予め定められた一定の軸方向力を外側弁ニードル１０に加えて、上側及び下側シートライン１１，１３を、それぞれ、上側及び下側シート２４ａ，２４ｂに合わせる段階を含む。予め定められた一定の軸方向力を外側弁ニードル１０に加える代わりに、合わせ操作は、動的にもなされ得る。
【００４２】
本発明に対して、種々の変更及び改良が、請求項に定義された本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることは、本発明を実施する者及び当業者によって、理解されるだろう。従って、本発明の範囲を決定するに当たって、請求項及び他の概念的な記述を考慮すべきである。
【００４３】
例えば、内側弁ニードル１４は、段領域１４ｂの肩と当接するリング部材８０によって、その座部２５と係合するように押し込まれるが、使用時に、リング部材８０の下端面８０ｂが磨耗し、その結果、内側弁ニードル１４及び外側弁ニードル１０が着座したとき、隙間が下端面８０ｂと肩１５との間に生じることがあり得る。これは、内側弁ニードル１４によって確立されるシールに悪影響を与えかねない。そこで、内側弁ニードル１４に更なる付勢力を与えるために、螺旋バネのような弾性部材（図示せず）がチャンバー６２内に配置されてもよい。このようなバネは、付勢力がスリーブ部材８２と内側弁ニードル１４との間の摩擦連結を介して、内側弁ニードル１４に伝達されるように、スリーブ部材８２の上端面８２ｂに当接してもよい。あるいは、バネは、チャンバー６２内に配置された別の当接部材に当接してもよい。
【００４４】
さらに、リング部材８０とスリーブ部材８２は、それぞれ、摩擦接触によって、外側弁ニードル１０と外側弁ニードル１４に連結されるが、この連結は、代替的手段、例えば、接着又は半田付けによっても、達成され得ることが理解されるだろう。さらに、リング部材８０は、孔１６に対するリング部材８０の摩擦接触を維持する横方向弾性を有するＣ字状ピン部材の形状を有していてもよい。
【００４５】
加えて、前述の実施形態において、内側弁ニードル１４の流路手段は、軸方向孔７２と半径方向ドリル孔５２によって画成されているが、これは必ずしも必要ではないことが理解されるだろう。例えば、内側弁ニードル１４は、実質的にその全長に沿って延在して加圧燃料を下側供給室２０に供給する機能を発揮する通路を有していてもよい。
【００４６】
本発明の噴射ノズル４は、圧電アクチェータを有する噴射器内において好適に用いられると記載したが、この噴射器は、ニードル１４、１０を移動させる代替的な形態のアクチェータを含むことも十分に可能であることが理解されるべきである。例えば、圧電アクチェータの代わりに、外側弁ニードル１０は、電磁アクチェータによって、移動されてもよい。さらに、圧電アクチェータ３０は、液圧増幅装置４２を介して、外側弁ニードル１０に連結されると記載したが、代替的形態として、アクチェータは、外側弁ニードル１０に機械的に連結されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態による噴射ノズルを備えた燃料噴射器の断面図である。
【図２】非噴射位置にあるときの図１の噴射ノズルの拡大断面図である。
【図３】図２における噴射ノズルの拡大断面図である。
【図４】図３における噴射ノズルの拡大部分断面図である。
【図５】第１噴射位置にあるときの図３における噴射ノズルの断面図である。
【図６】第２噴射位置にあるときの図３における噴射ノズルの断面図である。
【図７ａ】本発明の第２実施形態による噴射ノズルの断面図である。
【図７ｂ】本発明の第２実施形態による噴射ノズルの断面図である。
【図８ａ】本発明の第３実施形態による噴射ノズルの断面図である。
【図８ｂ】本発明の第３実施形態による噴射ノズルの断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２  圧電燃料噴射器
４  噴射ノズル
６  ノズル本体
７  環状室
８  軸方向止まり孔
１０  外側弁ニードル
１０ａ  上端領域
１０ｂ  下端領域
１０ｃ  上側シート領域
１０ｄ  上側溝領域
１０ｅ  下側溝領域
１０ｆ  端領域
１１  第１（上側）シートライン
１２  第１出口
１３  第２（下側）シートライン
１４  内側弁ニードル
１４ａ  上側ステム領域
１４ｂ  段領域
１４ｃ  下側領域
１４ｄ  上側溝領域
１４ｅ  下側溝領域
１４ｆ  先端領域
１４ｇ  上側シート領域
１５  段（肩）
１６  軸方向孔
１８  第２出口
２０  嚢容積部（第２供給室）
２２ａ  座面
２４  外側弁座部
２５  内側弁座部
２５ａ  第１シート
２５ｂ  第２シート
２６  第１閉鎖バネ
２６ａ  バネ室
３０  圧電アクチェータ
３２  積層体
３４  蓄圧容積部
３８  入口通路
３９  入口
４０  電気コネクタ
４２  液圧増幅装置
５０  第１供給室
５２  半径方向通路
５３  半径方向通路
６２  チャンバー
６４  環状容積部
７０  半径方向ドリル孔
７２  止まり孔
７３  上側シートライン
７５  下側シートライン
７７  環状容積部
８０  リング
８０ａ  第１上端面
８０ｂ  第２下端面
８２  スリーブ
８２ａ  第１下端面
８２ｂ  上端面
９０  平面（凹部）
９２  チャンバー
Ｌ  距離
【図１】
2006105145.tif 000003
【図２】
2006105145.tif 000004
【図３】
2006105145.tif 000005
【図４】
2006105145.tif 000006
【図５】
2006105145.tif 000007
【図６】
2006105145.tif 000008
【図７ａ】
2006105145.tif 000009
【図７ｂ】
2006105145.tif 000010
【図８ａ】
2006105145.tif 000011
【図８ｂ】
2006105145.tif 000012
【外国語明細書】
2006105145.tif 000013
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