(57)【要約】増圧器（８４）に選択的に供給される加圧非燃料作動流体により駆動される増圧器（８４）によって、噴射イベント中に燃料を噴射のために十分な圧力に内部調整するユニット式燃料噴射器（５０）であって、燃料通路（７４）内に配置された選択的に作動可能な制御装置（３００）を備え、燃料通路（７４）が、増圧器燃料チャンバとニードル弁（７８）との間で流体連通をもたらし、制御装置（３００）が、噴射イベント中に燃料通路（７４）を選択的に開閉するために、開配置と閉配置との間で移動可能であることを特徴とするユニット式燃料噴射器（５０）。
2005534839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増圧器に選択的に供給される加圧非燃料作動流体により駆動される増圧器によって、噴射イベント中に燃料を噴射のために十分な圧力に内部調整するユニット式燃料噴射器であって、
燃料通路内に配置される選択的に作動可能な制御装置を備え、前記燃料通路が、増圧器燃料チャンバとニードル弁との間を流体連通させ、
前記制御装置が、前記噴射イベント中に前記燃料通路を選択的に開閉できるように開配置と閉配置との間で移動可能である、
ことを特徴とするユニット式燃料噴射器。
【請求項２】
前記制御装置が、二位置弁であることを特徴とする請求項１に記載のユニット式燃料噴射器。
【請求項３】
前記二位置弁が、選択的に作動されることを特徴とする請求項２に記載のユニット式燃料噴射器。
【請求項４】
前記二位置弁が、ソレノイドにより作動されることを特徴とする請求項３に記載のユニット式燃料噴射器。
【請求項５】
前記二位置弁が、前記ソレノイドの作動により第１の配置に配置でき、前記ソレノイドの非作動時にスプリングの付勢力により反対側の第２の配置に配置できることを特徴とする請求項４に記載のユニット式燃料噴射器。
【請求項６】
増圧器に選択的に供給される加圧非燃料作動流体により駆動される増圧器によって、噴射イベント中に燃料を噴射のために十分な圧力に内部調整するユニット式燃料噴射器のための制御装置であって、
燃料通路内に配置される選択的に作動可能な噴射タイミング制御装置を備え、前記燃料通路が、増圧器燃料チャンバとニードル弁との間を流体連通させ、
前記制御装置が、前記噴射イベント中に前記燃料通路を選択的に開閉できるように開配置と閉配置との間で移動可能である、
ことを特徴とする制御装置。
【請求項７】
前記制御装置が、二位置弁であることを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記二位置弁が、選択的に作動されることを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記二位置弁が、ソレノイドにより作動されることを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記二位置弁が、前記ソレノイドの作動により第１の配置に配置でき、前記ソレノイドの非作動時にスプリングの付勢力により反対側の第２の配置に配置できることを特徴とする請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
増圧器に選択的に供給される加圧非燃料作動流体により駆動される増圧器によって、噴射イベント中に燃料を噴射のために十分な圧力に内部調整するユニット式燃料噴射器のための噴射タイミング制御方法であって、
増圧器燃料チャンバとニードル弁との間で流体連通をもたらす燃料通路内に、選択的に作動可能な噴射タイミング制御装置を配置する段階と、
前記噴射イベント中に前記燃料通路を選択的に開閉するために、前記制御装置を開配置と閉配置との間で移動させる段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
二位置弁を設けて前記制御装置として機能させる段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記二位置弁を電気的に作動させる段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ソレノイドにより前記二位置弁を作動させる段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
二位置弁を、前記ソレノイドの作動により第１の配置に配置し、前記ソレノイドの非作動時にスプリングの付勢力により反対側の第２の配置に配置する段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
高圧燃料通路によりニードル弁チャンバと流体接続された増圧器チャンバと増圧器プランジャとを有する燃料噴射器と一緒に使用するためのタイミング制御機構であって、
前記高圧燃料通路と流体連通し、前記高圧燃料通路の流体の流れが実質的に遮断される遮断配置と前記高圧燃料通路の流体の流れが実質的に制限されない非遮断配置との間で移動可能なタイミング制御弁を備える、
ことを特徴とするタイミング制御機構。
【請求項１７】
前記タイミング制御弁が、前記増圧器プランジャとは独立に制御されることを特徴とする請求項１６に記載のタイミング制御機構。
【請求項１８】
前記タイミング制御弁が、遮断配置にある場合、前記増圧器チャンバと流体連通する別の燃料流路を与えることを特徴とする請求項１６に記載のタイミング制御機構。
【請求項１９】
前記別の燃料流路が、前記タイミング制御弁が遮断位置にある場合、前記増圧器プランジャの圧縮行程動作を調整することを特徴とする請求項１８に記載のタイミング制御機構。
【請求項２０】
前記別の燃料流路が絞られることを特徴とする請求項１８に記載のタイミング制御機構。
【請求項２１】
前記別の燃料流路が、比較的低圧力の燃料と流体連通することを特徴とする請求項１８に記載のタイミング制御機構。
【請求項２２】
前記タイミング制御弁が遮断領域を有し、前記遮断領域が作動面を有し、前記作動面が前記高圧燃料通路内の前記燃料圧力に曝され得ることを特徴とする請求項１６に記載のタイミング制御機構。
【請求項２３】
前記遮断領域の作動面が、前記高圧燃料通路の燃料圧力に実質的に連続的に曝されることを特徴とする請求項２２に記載のタイミング制御機構。
【請求項２４】
前記遮断領域が、前記タイミング制御弁が前記遮断配置にある場合、前記高圧燃料通路の燃料の流れを実質的に遮断することを特徴とする請求項２２に記載のタイミング制御機構。
【請求項２５】
前記タイミング制御弁が作動領域を有し、前記作動領域が作動面を有し、前記作動面が前記高圧燃料通路の燃料の圧力に曝され得ることを特徴とする請求項１６に記載のタイミング制御機構。
【請求項２６】
前記作動領域の作動面が、前記遮断領域の作動面よりも大きな面積をもつことを特徴とする請求項２５に記載のタイミング制御機構。
【請求項２７】
前記作動領域の作動面への燃料の流れが、絞りオリフィスにより絞られることを特徴とする請求項２５に記載のタイミング制御機構。
【請求項２８】
前記タイミング制御弁がスプリングを有し、前記スプリングが、第１の移動可能部材と、反対側の第２の移動可能部材の両方に作用することを特徴とする請求項１６に記載のタイミング制御機構。
【請求項２９】
前記スプリングが、第１の弁を非遮断配置に付勢すると同時に第２の弁を閉配置に付勢するように作用することを特徴とする請求項２８に記載のタイミング制御機構。
【請求項３０】
前記スプリングが、容積可変作動チャンバ内に配置されることを特徴とする請求項２９に記載のタイミング制御機構。
【請求項３１】
前記第２の弁が開くと、容積可変作動チャンバを流体通気するよう作用することを特徴とする請求項３０に記載のタイミング制御機構。
【請求項３２】
ソレノイド及びソレノイドアーマチュアが、前記スプリングの付勢力に抗して前記第２の弁に作用することを特徴とする請求項３１に記載のタイミング制御機構。
【請求項３３】
前記作動チャンバの選択的な通気が、前記第１の弁に作用する反対方向の油圧の力に影響を与えて、前記第１の弁を遮断配置と非遮断配置との間で選択的に移動させることを特徴とする請求項３１に記載のタイミング制御機構。
【請求項３４】
油圧駆動及び電気制御されることを特徴とする請求項１６に記載のタイミング制御機構。
【請求項３５】
前記油圧駆動が、燃料圧力によって行われることを特徴とする請求項３４に記載のタイミング制御機構。
【請求項３６】
高圧燃料通路によりニードル弁チャンバに流体接続された増圧器チャンバと増圧器プランジャとを備える燃料噴射器であって、
前記高圧燃料通路と流体連通し、前記高圧燃料通路の流体の流れが実質的に遮断される遮断配置と前記高圧燃料通路の流体の流れが実質的に制限されない非遮断配置との間で移動可能なタイミング制御弁を備える、
ことを特徴とする燃料噴射器。
【請求項３７】
前記タイミング制御弁が、増圧器プランジャとは独立に制御されることを特徴とする請求項３６に記載の燃料噴射器。
【請求項３８】
前記タイミング制御弁が、遮断配置にある場合、前記増圧器チャンバと流体連通する別の燃料流路を与えることを特徴とする請求項３６に記載の燃料噴射器。
【請求項３９】
前記別の燃料流路が、前記タイミング制御弁が遮断位置にある場合、前記増圧器プランジャの圧縮行程動作を調整することを特徴とする請求項３８に記載の燃料噴射器。
【請求項４０】
前記別の燃料流路が絞られることを特徴とする請求項３８に記載の燃料噴射器。
【請求項４１】
前記別の燃料流路が、比較的低圧力の燃料と流体連通することを特徴とする請求項３８に記載の燃料噴射器。
【請求項４２】
前記タイミング制御弁が遮断領域を有し、前記遮断領域が作動面を有し、前記作動面が前記高圧燃料通路内の前記燃料圧力に曝され得ることを特徴とする請求項３６に記載の燃料噴射器。
【請求項４３】
前記遮断領域の作動面が、前記高圧燃料通路の燃料圧力に実質的に連続的に曝されることを特徴とする請求項４２に記載の燃料噴射器。
【請求項４４】
前記遮断領域が、前記タイミング制御弁が前記遮断配置にある場合、前記高圧燃料通路の燃料の流れを実質的に遮断することを特徴とする請求項４２に記載の燃料噴射器。
【請求項４５】
前記タイミング制御弁が作動領域を有し、前記作動領域が作動面を有し、前記作動面が前記高圧燃料通路の燃料の圧力に曝され得ることを特徴とする請求項３６に記載の燃料噴射器。
【請求項４６】
前記作動領域の作動面が、前記遮断領域の作動面よりも大きな面積をもつことを特徴とする請求項４５に記載の燃料噴射器。
【請求項４７】
前記作動領域の作動面への燃料の流れが、絞りオリフィスにより絞られることを特徴とする請求項４５に記載の燃料噴射器。
【請求項４８】
前記タイミング制御弁がスプリングを有し、前記スプリングが、第１の移動可能部材と、反対側の第２の移動可能部材の両方に作用することを特徴とする請求項３６に記載の燃料噴射器。
【請求項４９】
前記スプリングが、第１の弁を非遮断配置に付勢すると同時に第２の弁を閉配置に付勢するように作用することを特徴とする請求項４８に記載の燃料噴射器。
【請求項５０】
前記スプリングが、容積可変作動チャンバ内に配置されることを特徴とする請求項４９に記載の燃料噴射器。
【請求項５１】
前記第２の弁が開くと、容積可変作動チャンバを流体通気するよう作用することを特徴とする請求項５０に記載の燃料噴射器。
【請求項５２】
ソレノイド及びソレノイドアーマチュアが、前記スプリングの付勢力に抗して前記第２の弁に作用することを特徴とする請求項５１に記載の燃料噴射器。
【請求項５３】
前記作動チャンバの選択的な通気が、前記第１の弁に作用する反対方向の油圧の力に影響を与えて、前記第１の弁を遮断配置と非遮断配置との間で選択的に移動させることを特徴とする請求項５１に記載の燃料噴射器。
【請求項５４】
油圧駆動及び電気制御されることを特徴とする請求項５６に記載の燃料噴射器。
【請求項５５】
前記油圧駆動が、燃料圧力によって行われることを特徴とする請求項５４に記載の燃料噴射器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、１９９８年１０月１６日出願の米国特許仮出願番号６０／１０４，６６２の優先権を主張する１９９９年８月２日出願の米国特許出願番号０９／３６５，９６５の一部継続出願である。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ユニット式燃料噴射器に関し、この燃料噴射器（インジェクタ）は、選択的に供給される加圧非燃料作動流体によって駆動される増圧器により、噴射イベント中に燃料を噴射に十分な圧力に内部調整する。詳細には、本発明は、このような噴射器のニードル弁制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
参照符号によって詳細に示した従来技術の図面を参照すると、図２は、従来技術の燃料噴射器５０を示す。燃料噴射器５０は、典型的にはエンジンブロックに取り付けられ、制御された加圧された所定量の燃料を燃焼室（図示せず）内に噴射する。噴射器５０は、典型的には圧縮点火式エンジンにディーゼル燃料を噴射するために使用されるが、火花点火式エンジン又は燃料噴射を必要とする他の任意のシステムにおいても使用できる。
【０００４】
燃料噴射器５０は、典型的には複数の個別部品で構成される噴射器ハウジング５２を有する。ハウジング５２は、ブロック５６、５８、６０を収容する外側ケーシング５４を含む。外側ケーシング５４は、燃料通路６８により燃料圧力チャンバ６６に連通された燃料ポート６４を有する。圧力チャンバ６６から燃料ポート６４への燃料の逆流を防止するために、通路６８内には第1の逆止弁７０が配置される。圧力チャンバ６６は、通路７４を介してノズルチャンバ３０４及びノズル７２に連通する。ノズル７２及びノズルチャンバ３０４から圧力チャンバ６６への燃料の逆流を防止するために、燃料通路７４内には第２の逆止弁７６が配置される。
【０００５】
ノズル７２を通る燃料の流れは、スプリングチャンバ８１内に配置されたスプリング８０により閉位置に付勢されたニードル弁７８によって制御される。ニードル弁７８は、通路７４がノズル７２に入り込む位置の上方においてノズルチャンバ３０４内で肩部８２を有する。燃料が通路７４内に流入する際に、燃料圧力は、このノズルチャンバ３０４内の肩部８２に力を加える。肩部に加わる力は、スプリング８０の付勢力に抗して作用し、ニードル弁７８をオリフィス７２から持ち上げて、噴射器５０からの燃料噴射を可能にする。
【０００６】
通路８３は、チャンバ８１内に漏れる全ての燃料を排出させるために、スプリングチャンバ８１と燃料通路６８との間に設けることができる。排出通路８３は、ニードル弁７８に反作用力を引き起こし、噴射器５０の性能を低下させる場合があるチャンバ８１内の流体圧力の上昇を防止する。
【０００７】
圧力チャンバ６６の容積は、増圧ピストン８４によって変化する。増圧ピストン８４は、ブロック６０のボア８６を通って上側の弁ブロック９０に設けられた第１の増圧器チャンバ８８まで延びる。ピストン８４は、ヘッド部材９６に取り付けられた肩部９４を有するシャフト部材９２を含む。肩部９４は、ヘッド部材９６内の対応する溝１００に嵌め込まれたクランプ９８によって所定位置に保持される。ヘッド部材９６は、第２の増圧器チャンバ１０２を形成する空洞を有する。
【０００８】
第１の増圧器チャンバ８８は、ブロック９０を貫通して延びる第１の増圧器通路１０４と流体連通している。同様に、第２の増圧器チャンバ１０２は、第２の増圧器通路１０６と流体連通している。
【０００９】
また、ブロック９０は、作動流体供給ポート１１０と流体連通する作動流体供給通路１０８を有する。作動流体供給ポート１１０は、典型的には増圧ピストン８４の動作を制御するために使用される作動流体を供給するシステムに接続される。作動流体は、典型的には作動油であって、典型的には燃料とは別の閉じた系統を循環するエンジン潤滑油である。もしくは、燃料を作動油として使用することもできる。外側本体５４及びブロック９０は、典型的にはエンジンブロックに対して噴射器５０を密封するＯリング（図示せず）を保持する多数の外側溝１１２を有する。更に、ブロック６２及び外側シェル５４は、Ｏリング１１４によりブロック９０に対して密封することもできる。
【００１０】
ブロック６０は、燃料ポート６４と流体連通している通路１１６を有する。通路１１６により、ブロック６２とピストン８４との間の圧力チャンバ６６から漏れる全ての燃料を燃料ポート６４に戻すことができる。通路１１６は、燃料が第１の増圧器チャンバ８８内に漏れるのを防止する。
【００１１】
増圧器チャンバ８８及び１０２内への作動流体の流入は、四方ソレノイド制御弁１１８により制御できる。制御弁１１８は、弁ハウジング１２２内で移動するスプール１２０を有する。弁ハウジング１２２は、通路１０４、１０６、１０８、及び排出ポート１２４に接続された開口を有する。スプール１２０は、内側チャンバ１２６と、排出ポート１２４に接続できる一対のスプールポートとを有する。また、スプール１２０は外側溝１３２を有する。スプール１２０の両端は、内側チャンバ１２６とハウジング１２２の弁チャンバ１３４とを流体連通させる開口１３４を有する。開口１３４は、スプール１２０の静力学的均衡を保つ。
【００１２】
弁スプール１２０は、第１のソレノイド１３８及び第２のソレノイド１４０により、従来技術の図２に示す第１の位置と、反対側の第２の位置との間で移動する。ソレノイド１３８、１４０は、典型的には噴射器の作動を制御する制御装置に接続される。第１のソレノイド１３８を励磁すると、スプール１２０は第１の位置に引き寄せられ、第１の溝１３２により、作動流体は作動流体供給通路１０８から第１の増圧器チャンバ８８内へ流れることができ、作動流体は、第２の増圧器チャンバ１０２から内側チャンバ１２６へ流入して排出ポート１２４から出ることができる。第２のソレノイド１４０を励磁すると、スプール１２０は第２の位置に引き寄せられ、第１の溝１３２が、作動流体供給通路１０８と第２の増圧器チャンバ１０２との間、及び第１の増圧器チャンバ８８と排出ポート１２４との間を流体連通させる。
【００１３】
溝１３２と通路１２８とは、最初のポートが閉じてから最後のポートが開くように構成することが好ましい。例えば、スプール１２０が第１の位置から第２の位置へ動く場合、溝１３２に隣接するスプール部は、通路１２８が第1の通路１０４と排出ポート１２４との間の流体連通が可能になる前の、最初の間は第１の通路１０４を閉じる。ポートの露出を遅延させると、システム内の圧力サージが低減し、燃料噴射曲線上で予測できる噴射点をもつ噴射器を提供できる。
【００１４】
スプール１２０は、典型的には弁ハウジング１２２内の一対の係合面１４２に係合する。スプール１２０及びハウジング１２２の両者は、５２１００又は４４０ｃの焼き入れ鋼等の磁性材料で構成されることが好ましく、材料ヒステリシスがスプール１２０を第１の位置又は第２の位置に保持することになる。ヒステリシスにより、ソレノイド１３８、１４０は、スプール１２０が所定位置に引き寄せられた後に、非励磁にすることができる。これに関連して、制御弁１１８はデジタル形式で作動し、スプール１２０は適切なソレノイド１３８、１４０に印加される所定の電力パルスによって動かされる。弁１１８をデジタル形式で作動させると、コイルからの発熱が少なくなり、噴射器５０の信頼性が高くなり寿命も延びる。
【００１５】
作動時、第１のソレノイド１３８を励磁するとスプール１２０が第１の位置に引き寄せられるので、作動流体は、供給ポート１１０から第１の増圧器チャンバ８８へ流入し、更に、第２の増圧器チャンバ１０２から排出ポート１２４へ流入することができる。作動流体が増圧器チャンバ８８へ流入すると、ピストン８４が移動してチャンバ６６の容積が増える。チャンバ６６の容積が増えると、チャンバの圧力が低下して、燃料が燃料ポート６４からチャンバ６６へ引き込まれる。スプール１２０が第１の位置に達すると、第１のソレノイド１３８への電力供給が終了する。
【００１６】
チャンバ６６が燃料で満たされると、第２のソレノイド１４０は励磁され、スプール１２０を第２の位置へ引き寄せる。スプール１２０が第２の位置に達すると、第２のソレノイド１４０への電力供給が終了する。スプール１２０の移動により、作動流体は、供給ポート１１０から第２の増圧器チャンバ１０２へ流入し、更に、第１の増圧器チャンバ８８から排出ポート１２４へ流入することができる。
【００１７】
増圧器ピストン８４のヘッド部９６は、ピストン８４の先端部よりも非常に大きな面積を有するので、作動流体の圧力は、増圧器ピストン８４を押して圧力チャンバ６６の容積を減少させる力を発生する。増圧器ピストン８４の行程サイクルは、圧力チャンバ６６の燃料圧力、及び通路７４によりノズルチャンバ３０４の燃料圧力を増大させる。加圧燃料は、ノズルチャンバ３０４の肩部８２に作用してニードル弁７８を開くので、燃料はノズル７２を通って噴射器５０から噴射される。燃料は、典型的には１０００から２０００ｐｓｉの圧力にて噴射器に導かれ。好適な実施形態において、ピストンは約１０：１のヘッド部対先端部の比率を有し、この場合、噴射器から噴射される燃料圧力は１０，０００から２０，０００ｐｓｉである。
【００１８】
前述のＨＥＵＩ噴射器５０は、一般にＧ２噴射器と呼ばれている。Ｇ２噴射器５０は、複数噴射イベントを制御するために、高速デジタルスプール弁１２０を使用する。その作動中に、噴射器５０内部の各々の構成部品（スプール弁１２０、増圧器ピストン８４、及びニードル弁７８）は、噴射イベント中に噴射の起動又は停止を行うために、複数回、開閉する必要がある。従来技術の図３（‘３２９特許の図３）には、完全な噴射イベントが示されている。デジタルスプール弁１２０（従来技術の図２）は、増圧器ピストン７８に作動流体を供給するために、大きな流量を処理する必要がある。スプール弁１２０の寸法は比較的大きく、大型スプール弁１２０の応答性は制限される。
【００１９】
また、増圧器８４は、比較的大きな質量をもっている。従って、パイロット噴射作動を実現するために増圧器８４の動作を反転させることは非効率的である。噴射のために燃料圧縮をおこなって、噴射イベントの期間の全体にわたって増圧器８４の動作を圧縮行程に保つことは非常に効率的である。
【００２０】
スプール弁１２０及び増圧器ピストン８４の動作を反転させると、噴射イベントはもはや単発噴射ではなく、噴射イベント中に互いに独立した複数回噴射が行われる。従来技術の図３を参照すると、スプール弁１２０及び増圧器ピストン８４の動作は、パイロット噴射と主噴射との間の期間に反転する必要があり、主噴射を行うために再度反転する必要がある。スプール弁１２０及び増圧器ピストン８４のような比較的大きな装置の場合、これは非常に非効率である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
パイロット噴射又は分割噴射は、例えばスプール弁１２０又は増圧器ピストン８４の動作の反転を伴わないがニードル弁７８の開閉動作の制御を伴う、単発噴射の期間中にもたらされる噴射割り込みである必要があると考えられる。前述のように、増圧器ピストン８４は比較的大きな質量を有するので、その動作を反転させることは困難であるか又は遅くなる。
【００２２】
応答性の高い噴射システムは、噴射制御装置をできるだけニードル弁７８の近くに配置する必要があり、増圧器８４の反転動作、好ましくはスプール弁１２０の反転動作も回避する必要がある。従って、本技術分野では、プランジャチャンバ６６からノズルチャンバ３０４への高圧燃料流を効果的に制御する機構を使用するニーズが存在する。ノズルチャンバ３０４への燃料供給を制御することにより、ニードル弁７８の開閉の効率的な制御を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、本技術分野でのニーズを実質的に満たすものである。噴射イベント時の複数回のニードル弁制御は、スプール弁が１回だけサイクル動作すること、即ち、噴射イベントの最初に開き噴射イベントの最後に閉じることを可能にし、更に、増圧器ピストンが噴射イベント中に連続的な圧縮行程を保つことを可能にする装置によって実現される。
【００２４】
本発明は、増圧器に選択的に供給される加圧非燃料作動流体により駆動される増圧器によって、噴射イベント中に燃料を噴射には十分な圧力に内部調整するユニット式燃料噴射器を提供し、噴射器は、燃料通路内に配置された選択的に作動可能な制御装置を含み、燃料通路は、増圧器燃料チャンバとニードル弁との間で流体を連通させ、制御装置は、噴射イベント中に燃料通路を選択的に開閉するために、開配置と閉配置との間で移動可能である。更に、本発明は、制御装置及び噴射タイミングの制御方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本出願の図１を参照すると（本出願の図１の参照符号は、‘３２９特許の図４である従来技術を示す図２の同じ参照符号に対応する）、従来のＨＥＵＩ噴射器５０と一体になっている本発明のタイミング制御弁３００が概略的に示されている。噴射器５０は、燃料噴射器システム３０６と一体的に示されている。燃料噴射器システム３０６は、圧力制御弁１１８（スプール弁１２０を含む）と、タイミング制御弁３００と、増圧ピストン８４及びその付勢スプリング９８と、ニードル弁７８及びその付勢スプリング８０と、油圧作動圧力を供給するためのコモンレール３０８と、噴射器５０に比較的低圧の燃料を供給する燃料レール３１０とを含む。噴射器５０は、低圧リザーバ３０２、コモンレール３０８、及び燃料レール３１０を除いては前述の各構成部品を含む。
【００２６】
圧力制御弁１１８は三方弁である。圧力制御弁１１８が開いている場合、油圧作動液はコモンレール３０８から通路１０６を経由して増圧器８４へ流れることができる。圧力制御弁１１８が閉じた位置にある場合、増圧器チャンバ１０２の圧力は周囲環境又は低圧リザーバ３０２に排出される。
【００２７】
本発明のタイミング制御弁３００は、圧力チャンバ６６とノズルチャンバ３０４とを接続する高圧燃料通路７４に配置される。タイミング制御弁３００は、開閉式二位置弁であることが好ましい。タイミング制御弁３００は、ソレノイド３０１の作動により第１の遮断位置に配置され（図４参照）、付勢スプリング３０３により反対側の第２の開位置（即ち、非遮断位置）に配置される（図５参照）。リード線３０５は、スプリング３０３の付勢力に抗してソレノイド３０１を選択的かつ電気的に作動させる。本発明は、高圧燃料通路７４を制御可能に遮断する他の形態を含む。開放ソレノイド及び閉鎖ソレノイドを使用することもできる。専用制御装置は、ニードル弁７８の動作の正確な制御を行うためのタイミング制御弁３００によって、ノズルチャンバ３０４への燃料の流れ及び燃料圧力を調整することができる。
【００２８】
図４及び図５を参照すると、タイミング制御弁３００は、電気的に制御され、油圧により作動されるスプール弁３１８として示されており、スプール弁３１８は、プランジャチャンバ６６から高圧燃料通路７４を経由してノズルチャンバ３０４までの高圧燃料の流れを制御するために使用される。スプール弁３１８は、３つの異なる領域遮断、即ち、領域３２０、密封領域３２２、及び作動領域３２４を有する。通路３２６は、高圧燃料通路７４を遮断領域３２０の一方側にある遮断チャンバ３２８に直接、接続する。遮断チャンバ３２８の圧力は、通路３２６を経由した制限のない連通により、高圧燃料通路７４の圧力、又はこれに非常に近い圧力である。
【００２９】
作動チャンバ３３０は、通路３３２により高圧燃料通路７４に接続される。通路３３２の流れは、絞りオリフィス３３４によって制限される。作動チャンバ３３０の圧力は、図５に示すようにボール弁３３６が閉じている場合には、高圧燃料通路７４の圧力と実質的に同じである。ボール弁３３６は、閉位置にある場合、典型的に作動チャンバ３３０を密封する。図４に示すようにボール弁３３６が開いている場合、作動チャンバ３３０の圧力は、絞りオリフィス３３４の絞り効果及びボール弁３３６を通り通気孔３３８から低圧リザーバ３０２へ出ていく漏れにより、高圧燃料通路７４の圧力よりもかなり低くなる。作動領域３２４と密封領域３２２との間の空間３４０は、通気孔３４２により低圧リザーバ３０２へ通気される。
【００３０】
遮断領域３２０は、スプール弁３１８が一方の位置から他方の位置へ移動する際に、高圧燃料通路７４を開閉するために使用される。遮断チャンバ３２８の圧力は、通路３２６により高圧燃料通路７４と同じである。
【００３１】
密封領域３２２は、図５に示すように円錐形の着座部３４４に着座している場合、高圧燃料通路７４からの漏れを封じ込めるために使用される。
【００３２】
作動領域３２４の直径は、遮断領域３２０の直径よりも大きい。従って、作動領域３２４の作動面３４６は、遮断領域３２０の作動面３４８よりも大きい。作動領域３２４の作動面３４６は、高圧燃料通路７４からの高圧燃料に触れることができる。作動領域３２４の他方の面は、前述したように低圧リザーバ３０２に通気される空間３４０に曝される。それぞれ作動チャンバ３３０及び遮断チャンバ３２８の作動面３４６、３４８に加わる油圧差により、スプール弁３１８は遮断配置と非遮断配置との間で移動する。
【００３３】
ソレノイド制御式アーマチュアは、ボール弁３３６の位置を直接制御するために使用される。ソレノイド３０１を励磁すると、アーマチュア３５０は、図４に示すように左側に移動してボール弁３３６を開配置へ押す。従って、比較的少量の燃料は、ボール弁座３５２を通って通気孔３３８へ漏れることができる。遮断配置において、絞りオリフィス３３４の大きな絞り効果とボール弁３３６の開放とにより、作動チャンバ３３０の圧力は、高圧燃料通路７４の圧力よりも非常に低くなる。この配置により、遮断領域３２０の作動面３４８に作用する油圧は、作動領域３２４の作動面３４６に作用する力よりもかなり高くなる。この力の不均衡により、スプール弁３１８は、図４に示すように高圧燃料通路７４の燃料の流れを遮断する遮断配置に右側へ移動する。この遮断配置は、例えば、以下に詳細に説明するように噴射イベント中に、燃料がノズルチャンバ３０４へ流れるのを防止するか又は燃料がノズルチャンバ３０４へ流れるのを一時的に遮断するために使用できる。
【００３４】
ソレノイド３０１が非励磁になると、作動チャンバ３３０の油圧及びスプリング３０３の付勢力が作用し、ボール弁３３６が移動して弁座３５２に密封係合し、アーマチュア３５０は図５に示す位置に右側へ移動する。ボール弁３３６が密封されると、ボール弁座３５２を通過する燃料漏れは封じ込まれる。ボール弁３３６が閉じると直ちに、作動チャンバ３３０の圧力は、高圧燃料通路７４（及び遮断チャンバ３２８）の圧力と同じレベルまで上昇する。作動面３４６、３４８の面積差により、作動領域３２４に加わる油圧は、遮断領域３２０に加わる力よりもかなり高い。従って、スプール弁３１８は、図４の遮断配置から図５の非遮断配置へと移動する。スプール弁３１８は、左側に移動して高圧燃料通路７４の遮断を解除する。図５の非遮断位置は、常開位置と呼び、この位置において、燃料はプランジャチャンバ６６からノズルチャンバ３０４へ自由に流れ、何の制限を受けることなくニードル弁７８を開放する。この位置において、密封領域３２２は、円錐形着座部３４４に着座して高圧燃料通路７４を実質的に密封する。
【００３５】
噴射開始前に、図１の噴射システム３０６は、全体的に約５０ｐｓｉという低い燃料圧力状態にあり、この圧力は低圧リザーバ３０２の圧力に等しい。タイミング制御弁３００のスプール弁３１８は、図５に示すように最も左側の位置にあり、密封領域３２２は、スプリング３０３の付勢力によって円錐形の着座部３４４上に着座する。ボール弁３３６は、着座部３５２上に着座する。ノズルチャンバ３０４と増圧器プランジャチャンバ６６とは、大きく開いた高圧燃料通路７４を介して制限のない流体連通状態になる。この配置において、噴射イベントは、図２に示す従来技術の噴射器を参照して説明した通りである。噴射イベント中にスプール弁３１８のソレノイド３０１を励磁すると、スプール弁３１８は、プランジャチャンバ６６からノズルチャンバ３０４への燃料の流れを一時的に遮断するので、分割噴射が起こる。分割噴射のドエル時間は、スプール弁３１８が高圧燃料通路７４を遮断する持続時間によって決まる。遮断期間中に、ボール弁３３６は開配置の状態にあるので、少量の燃料がボール弁座３５２を通って漏れる。この漏れにより、増圧器プランジャ８４は、圧縮下向き行程を遅い動作速度で継続できる。この方法では、分割噴射を実現するために、増圧器の動作を停止又は反転させる必要はない。噴射器の最適性能は、増圧器プランジャ８４の全行程に適合するよう、絞りオリフィス３３４を適切な寸法に作ることによって実現される。
【００３６】
タイミング制御弁３００の常開位置において（図５に示す）、高圧燃料は、プランジャチャンバ６６から高圧燃料通路７４を通ってノズルチャンバ３０４へ自由に流れ、噴射が起こる。タイミング制御弁３００が閉（遮断）位置にある間には（図４に示す）、プランジャチャンバ６６からノズルチャンバ３０４への高圧燃料の流れは遮断され（従って、ニードル弁７８は閉じ）、オリフィス７２からエンジン燃焼室への燃料噴射が阻止される。
【００３７】
ニードル弁７８は、従来のニードル弁と同様に作動する。従って、面８２に作用するノズルチャンバ３０４の圧力が既知の弁開放圧力（ＶＯＰ）を超えると、ニードル弁７８が開いてオリフィス７２が開かれる。ニードル弁７８は、ＶＯＰを超えると、スプリング８０の付勢力に抗して全開位置へ開くので、オリフィス７２が開かれる。ニードル弁７８は、面８２に作用する燃料圧力が弁閉鎖圧力よりも低い力を与える場合にスプリング８０の付勢力によって閉鎖され、オリフィス７２が閉じる。
【００３８】
作動時に、ＨＰレール３０８内のレール圧力は、供給ポンプ（図示せず）及びエンジン制御弁（図示せず）によって外部調整される。ＨＰレール３０８は、アキュムレータとして作用し、エンジンの定常運転状態では比較的一定の作動圧力を供給する。ＨＰレール３０８内の圧力は、様々なエンジン運転状態に応じて可変であり、検出されたエンジン性能ニーズに基づいてエンジン制御装置（図示せず）によって予め決められている。
【００３９】
オリフィス７２での噴射が始まる前に、圧力制御弁１１８は閉位置にあり、増圧器チャンバ８８の圧力は、周囲のタンク圧レベル程度に通気され、同様にタイミング制御弁３００もオフ位置にある。ノズルチャンバ３０４は、プランジャチャンバ６６に対して大きく開き、ノズルチャンバ３０４及びプランジャチャンバ６６は、低圧リザーバ３１０と連通状態にあるので、低圧燃料で満たされる。ニードル弁７８は、スプリング３０３の付勢力及びノズルチャンバ３０４に燃料圧力の不足によって閉鎖される。
【００４０】
２つの独立した制御弁１１８、３０２の相互作用及び制御スキームによって、以下に説明するような異なる噴射特性が得られる。
【００４１】
（１）遅い初期噴射速度
この作動は、タイミング制御弁３００以外は‘３２９特許に説明されているＨＥＵＩ噴射器と類似している。遅い初期噴射速度は、タイミング制御弁３００を開位置に保持することで達成される。噴射イベントの初期に、圧力制御弁１１８が作動して作動流体を増圧器８４に供給する。タイミング制御弁３００は、開位置に保持され、ノズル弁７８は、通路７４を介してプランジャチャンバ６６と連通状態になる。増圧器８４は、スプリング９８の付勢力に抗して下向きに移動し、結果的にプランジャチャンバ６６内の燃料の容量を圧縮する。プランジャチャンバ６６の圧力は、比較的徐々に上昇し、次第に高い圧力がノズルチャンバ３０４内の燃料に作用する。ニードル弁７８は、スプリング３０３の付勢力に抗して開き、噴射が始まる。プランジャチャンバ６６及びノズルチャンバ３０４内の圧力は、増圧器８４が下向きに速度を増すにつれて比較的徐々に上昇する。圧力がＶＯＰを超えるとニードル弁７８が開く。従って、オリフィス７２からの燃料の噴射速度は徐々に大きくなる。遅い初期噴射速度は、エンジンのＮＯX排出制御に有利に働くので望ましい。
【００４２】
（２）角張った噴射速度
噴射速度が急激に増加及び減少する噴射の角張った速度は、理想形として‘３２９特許の図３に示されているが、全噴射イベント（事前噴射なし）に及ぶように拡張することができる。噴射イベントは前述のように開始される。タイミング制御弁３００が作動し、タイミング制御弁３００は、噴射イベントの開始直後で、増圧器８４の下向きの圧縮行程によってプランジャチャンバ６６の噴射圧力が上昇する前に、遮断配置に変わる。高圧燃料通路７４は、オリフィス７２からの噴射開始前にタイミング制御弁３００によって遮断される。その後、圧力制御弁１１８は開き（非遮断）、作動流体を増圧器チャンバ１０２に供給して増圧器８４を下向きに駆動する。しかしながら、高圧燃料は、閉じたタイミング制御弁３００による高圧燃料通路７４の遮断のために、ノズルチャンバ３０４へ流れることができない。
【００４３】
タイミング制御弁３００が閉鎖され通路７４が遮断されると、プランジャチャンバ６６及び増圧器チャンバ８８の圧力は十分に高くなり、増圧器８４の大きな移動を伴うことなく噴射可能な状態になる（増圧器８４は、タイミング制御弁３００の遮断により本質的に流体固着状態にある）。その後、タイミング制御弁３００が開き、増圧器８４は下向きに移動して燃料流をニードル弁７８及びオリフィス７２に連続供給する。燃料圧力が十分に高くなっているので、ニードル弁７８は迅速に開き、噴射速度が事実上瞬間的に上昇する。噴射の終了は、噴射器５０からの燃料流をほぼ瞬間的に停止するために、弁１１８、３００を同時に閉じることで実現される。タイミング制御弁３００を閉じることで発生する燃料圧力のほぼ瞬間的な減少により、スプリング８０は、ニードル弁７８をほぼ瞬間的に閉じるように作用し、終点が角張っている噴射イベントを実現できる。
【００４４】
（３）複数噴射速度
単一の噴射イベント中の複数噴射発生は、‘３２９特許の従来技術の図３に、例えば、事前噴射及び実噴射発生として示されている。複数噴射状態においては、圧力制御弁１１８は、噴射イベント中に１度だけ開から閉に、そして開に戻るサイクル動作を行い、一方で、タイミング制御弁３００は、噴射イベント中に何度もサイクル動作を行い、圧力制御弁１１８が制御する噴射イベント持続期間を通して、噴射の所望の速度形成又は複数噴射速度を生じるようになっている。圧力制御弁１１８は、増圧器８４に一定の作動圧力を供給しプランジャチャンバ６６に一定の加圧燃料を供給するために、開状態に保持される。タイミング制御弁３００は必要に応じてサイクル動作を行い、オリフィス７２から噴射を行うためのノズル弁７８への加圧燃料の流れを一時的に遮断するようになっている。タイミング制御弁３００によって行われる高圧燃料の一時的な遮断により、ニードル弁７８は、（タイミング制御弁３００が開いている場合）開いて噴射を行うか、又は（タイミング制御弁３００が閉じている場合）閉じてスプリング８０の付勢力に対応して噴射を終了するかのいずれかである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明のタイミング制御弁の概略図である。
【図２】従来技術のユニット式噴射器の断面図である。
【図３】従来技術の噴射イベントのグラフである。
【図４】遮断配置の例示的なタイミング制御弁の概略図である。
【図５】非遮断配置の例示的なタイミング制御弁の概略図である。
【符号の説明】
【００４６】
５０  ユニット式燃料噴射器
７４  燃料通路
７８  ニードル弁
８４  増圧器
１０２  増圧器燃料チャンバと
３００  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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【国際調査報告】
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