(57)【要約】内燃機関用燃料噴射装置は、入口を有するノズル（２）と、該ノズルの入口に接続されるプランジャ室（７）を形成するカム駆動式プランジャ（５）とからなる。この噴射装置は、さらにまた、燃料用コモンレール（１０）と、前記プランジャ室（７）と前記コモンレール（１０）との間において配設される制御弁（９）とを含み、前記制御弁は、電気制御命令を受けると同時に、前記プランジャ室と前記コモンレールとの間における油圧的連通を開放または閉鎖しうる。電気作動式ノズル制御弁（２１）を用いて、前記ノズル（２）が開口および閉鎖される。この装置は、さらにまた、前記コモンレールを加圧するとともに、前記コモンレール（１０）内における燃料の圧力を調整する手段（１１）を含む。
2005520983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口を有するノズル（２）と；前記ノズルの前記入口に接続されるプランジャ室（７）を形成するカム駆動式プランジャ（５）と；燃料用コモンレール（１０）と；前記プランジャ室（７）と前記コモンレール（１０）との間において配設されており、電気制御命令を受けると同時に、前記プランジャ室と前記コモンレールとの間における油圧的連通を開放または閉鎖することができる制御弁（９）と；前記ノズル（２）を開口または閉鎖する電気作動式ノズル制御弁（２１）と；前記コモンレールを加圧するとともに、前記コモンレール（１０）内における燃料の圧力を調整する手段（１１）と；燃料タンク（１３）とからなる内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項２】
逆止め弁（２０）が、前記プランジャ室（７）と前記コモンレール（１０）との間において、自身の入口を前記コモンレールに接続されて配設される請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記制御弁（９）は、第３の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記コモンレール（１０）から分離するとともに、前記プランジャ室（７）を戻り管路（１２）に接続し；第２の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記戻り管路（１２）と前記コモンレール（１０）のいずれからも分離し；第１の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記戻り管路（１２）から分離するとともに、前記プランジャ室（７）を前記コモンレール（１０）に接続する請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
入口とニードル弁（１５）とを有するノズル（２）と；前記ニードル弁を偏倚させて前記ノズルを閉鎖する弾性手段（１４）と；入力スロットル（１８）と出口ポート（１９）とを有する制御室（１７）を形成しており、前記ニードル弁（１５）に当接して、前記制御室（１７）内における圧力の増大により結果的に前記ニードル弁を押圧して前記ノズルを閉じるようになっている制御ピストン（１６）と；前記入力スロットル（１８）と前記ノズル（２）の前記入口とに接続されるプランジャ室（７）を形成するカム駆動式プランジャ（５）と；燃料用コモンレール（１０）と；前記プランジャ室（７）と前記コモンレール（１０）との間において配設されており、電気制御命令を受けると同時に、前記プランジャ室と前記コモンレールとの間における油圧的連通を開放または閉鎖することができる制御弁（９）と；前記制御室（１７）の前記出口ポート（１９）と戻り管路（１２）との間において配設されており、前記出口ポート（１７）と前記戻り管路（１２）との間における油圧的連通を開放または閉鎖することができるノズル制御弁（ＮＣＶ）（３）と；前記コモンレールを加圧するとともに、前記コモンレール内における燃料の圧力を調整する手段（１１）と；燃料タンク（１３）とからなる燃料噴射装置において、前記入力スロットル（１８）と前記出口ポート（１９）と前記ＮＣＶ（３）との有効流動面積と前記弾性手段（１４）の力とは、前記ノズルの前記入口における圧力が前記コモンレールの最大作動圧力より低いときに前記ＮＣＶが開くことによって前記ニードル弁（１５）により前記ノズルが開かれうるように選択されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
逆止め弁（２０）が、前記プランジャ室（７）と前記コモンレール（１０）との間において、自身の入口を前記コモンレールに接続されて配設される請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記制御弁（９）は、第３の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記コモンレール（１０）から分離するとともに、前記プランジャ室（７）を前記戻り管路（１２）に接続し；第２の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記戻り管路（１２）と前記コモンレール（１０）のいずれからも分離し；第１の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記戻り管路（１２）から分離するとともに、前記プランジャ室（７）を前記コモンレール（１０）に接続する請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記入力スロットル（１８）は、前記プランジャ室（７）に接続されるのではなしに、前記コモンレール（１０）に接続される請求項４〜６のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記出口ポート（１９）と前記制御ピストン（１６）とは、前記制御ピストン（１６）が、開口ノズル（２）に対応する位置において前記出口ポート（１９）の流動面積を制限して、以って加圧燃料が前記入力スロットル（１８）と前記出力ポート（１９）と開口状態のＮＣＶ（３）とを介して前記戻り管路（１２）に漏出することを制限しうるように設計される請求項４〜７のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
入口とニードル弁（１５）とを有するノズル（２）と；前記ニードル弁（１５）を偏倚させて前記ノズル（２）を閉鎖する弾性手段（１４）と；制御室（１７）を形成するとともに、前記ニードル弁（１５）に当接して、前記制御室（１７）内における圧力の増大により結果的に前記ニードル弁（１５）へと付勢されて前記ノズル（２）を閉じるようになっている制御ピストン（１６）と；前記ノズル（２）の前記入口に接続されるプランジャ室（７）を形成するカム駆動式プランジャ（５）と；燃料用コモンレール（１０）と；前記プランジャ室（７）と前記コモンレール（１０）との間において配設されており、電気制御命令を受けると同時に、前記プランジャ室と前記コモンレールとの間における油圧的連通を開放または閉鎖することができる制御弁（９）と；第１の位置にあるときに、前記制御室（１７）を戻り管路（１２）から分離するとともに、前記プランジャ室（７）と前記制御室（１７）との間における油圧的連通を開放することができ、第２の位置にあるときに、前記制御室（１７）を前記プランジャ室（７）から分離するとともに、前記制御室（１７）を前記戻り管路（１２）に油圧的に接続することができるノズル制御弁（ＮＣＶ）（３）と；前記コモンレール（１０）を加圧するとともに、前記コモンレール内における燃料の圧力を調整する手段と；燃料タンク（１３）とからなる燃料噴射装置において、前記コモンレール（１０）内における圧力は、前記ＮＣＶ（３）が第２の位置にあるときに、前記弾性手段（１４）の力を上回るとともに、前記ノズル（２）を開かせることができる程度に十分に高く設定されうることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項１０】
逆止め弁（２０）が、前記プランジャ室（７）と前記コモンレール（１０）との間において、自身の入口を前記コモンレールに接続されて配設される請求項９に記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記制御弁（９）は、第３の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記コモンレール（１０）から分離するとともに、前記プランジャ室（７）を前記戻り管路（１２）に接続し；第２の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記戻り管路（１２）と前記コモンレール（１０）のいずれからも分離し；第１の位置にあるときに、前記プランジャ室（７）を前記戻り管路（１２）から分離するとともに、前記プランジャ室（７）を前記コモンレール（１０）に接続する請求項９に記載の燃料噴射装置。
【請求項１２】
前記ＮＣＶ（３）は、第１の位置にあるときに、前記制御室（１７）を前記戻り管路（１２）から分離するとともに、前記制御室（１７）と前記コモンレール（１０）との間における油圧的連通を開放し；第２の位置にあるときに、前記制御室（１７）を前記コモンレール（１０）から分離するとともに、前記制御室（１７）を前記戻り管路（１２）に油圧的に接続する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１３】
前記コモンレール（１０）を加圧する前記手段（１１）は、可変容量形の油圧ポンプと、前記ポンプの押しのけ容量を制御して前記コモンレール内において所望の圧力を達成する手段とからなる前記請求項のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１４】
前記コモンレール（１０）を加圧する前記手段は、定容量形の油圧ポンプと、前記ポンプの回転速度を制御して前記コモンレール内において所望の圧力を達成する手段とからなる請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１５】
前記油圧ポンプは、エンジンの始動電動機によって駆動される請求項１４に記載の燃料噴射装置。
【請求項１６】
前記コモンレール（１０）内における圧力は、６００バールの最大値に設定されうる前記請求項のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特に圧縮点火機関に燃料を噴射する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近代のディーゼル機関に燃料を噴射する最も一般的な手段は、機械作動方式とコモンレール方式との２つの機能的に異なるグループに分けられる。大部分の商用自動車用大型ディーゼル機関には、機械作動式電子制御ユニットインジェクタ／ユニットポンプ装置が用いられている。小型ディーゼル機関の市場は、ポンプラインノズル機械作動式燃料噴射装置（ＦＩＥ）またはいわゆる高圧コモンレール方式のいずれかによって支配されている。
【０００３】
機械作動式ユニットインジェクタ／ポンプには、いくつかの種類がある。いずれも相対的に良好な油圧／機械的効率で非常に高い噴射圧力を創出することができ、このことは、コモンレール方式に勝る最も重要な利点のひとつになっている。もうひとつの利点は、有意に優れた耐久性である。高圧コモンレール方式の耐久性は、主として構成要素が噴射に必要とされる最大燃料圧力に恒常的にさらされることから、機械作動方式より劣る。機械作動式ユニット噴射装置のさらに他の有意な利点は、１回の噴射時において好ましい噴射率の創出が自然に達成されうることである。高圧コモンレール方式は、このような噴射特性を容易に提供することはできず、その本来の方形状の噴射波形パターンが、いくつかのエンジン動作点において望ましくなる場合には、直接ノズル制御弁を有する最新のユニットインジェクタもまさしくそのように噴射を整形することができる。このため、噴射率の整形においては、後者の方式は、より優れた柔軟性を有することになる。
【０００４】
その一方で、高圧コモンレール方式は、機械作動式の噴射装置に勝る一定の利点を有する。その中でも商用自動車エンジンにとって最も重要な利点は、噴射時期をほとんど無制限に調節できる柔軟性と多段噴射が容易に達成されることとである。燃料噴射装置のこうした能力は、さまざまな種類のディーゼル排気ガス後処理装置の導入とＨＣＣＩのようなまた他の燃焼プロセスの開発における進歩とに伴って重要性を高めている。機械作動方式が、ポンピング動作するプランジャを駆動するカムに依存していることは、前記装置が噴射時期の調節と多段噴射の燃料供給とに関する要件を満たす能力を有意に制限する。機械式ユニット噴射装置に勝る高圧コモンレール方式のまた他の利点は、非常に低いエンジン負荷での動作時または遊転時における駆動力の寄生損失がより低いことでありうる。このような条件において、高圧コモンレール方式は、大きいプランジャ直径を有する機械作動式ユニット噴射装置より高い燃料送出精度を有しうる。最後に、機械作動式ユニット噴射装置は、ＦＩＥそのものとトルクを伝達して該装置を作動させる動力伝達系との両方によって生じしめられる過剰な機械騒音の源となりうる。このような過剰な騒音は、特にエンジン遊転時に顕著である。高圧コモンレール方式の動作は、いかなる動作点においても全エンジン騒音に有意に寄与することはない。
【０００５】
本発明の主題は、コモンレール方式の機能性を有する新規な機械式ユニット噴射装置である。本発明の目的は、噴射の機械的作動とコモンレールの原理とを、これらのそれぞれの利点を利用することができる条件において選択的に用いるとともに、これらのそれぞれの欠点がエンジンの性能に悪影響を与えうるその他の条件において選択的に使用停止することを可能にすることにある。
【０００６】
ジャン（Jiang）の米国特許第６，２４７，４５０Ｂ１号に、制御弁とコモンレールとを有する機械作動式ユニットインジェクタからなる装置が開示されている。この装置において、コモンレール圧力は、相対的に低いレベルに調整され、この圧力下にある燃料は、ユニットインジェクタのプランジャがある一定の後退位置にあるときに開口するとともにまた他のプランジャ位置において閉鎖される制量穴を介してユニットインジェクタ内へと送られうる。コモンレール圧力と制量穴の開口持続時間との変動によって、プランジャ室を満たす燃料の量が決定される。プランジャのポンピング動作ストローク時には、前記制量穴は閉じられ、燃料は、必要な噴射圧力に到達させることができる適切な大きさを有するプランジャ室内において加圧される。プランジャ室は、従来のばね閉鎖式ノズルの入口に制御弁を介して接続される。所要の圧力レベルに達すると、制御弁が開かれて、加圧燃料がノズルに送られるとともに、噴射が開始されうる。噴射の終了にあたっては、前記弁が閉じられ、ノズルは戻しばねによって閉じられる。
【０００７】
このような装置では、噴射時期の調節の柔軟性を提供するために、プランジャが最大リフトにおいて静止するとともにポンピング動作ストローク時に送出される圧力を維持することに依存している。プランジャの後退およびポンピング動作ストローク期間の大部分においては、制量穴が閉じられるため、燃料噴射を行なうことが不可能になる。たとえ制御弁が燃料制量段階において開かれ、かつコモンレール圧力がばねのノズル開口圧力より高く設定されても、装置の燃料制量機能を達成するために必要な制量穴を横切る圧力降下が噴射を防止するため、明らかに、この装置は、プランジャが最大リフトに近くなる時点以外の何らかの時点で噴射を行なうようには設計されていない。
【０００８】
噴射時期の調節範囲が制限されること以外に、米国特許第６，２４７，４５０号の装置は、数多くのその他の欠点、すなわち噴射の開始と終了とのいずれにおいても好ましくない形状の噴射率波形、制限された噴射圧力範囲等を有する。
【０００９】
本発明に関連あると考えられうるその他の従来技術のＦＩＥは、カミンズ社（Cummins Inc.）により市場に導入された圧力／時間調整式ユニット噴射装置と呼ばれるものである。このような装置の例は、米国特許第３，５４４，００８号、４，０９２，９６４号および５，４４５，３２３号において示されている。この種の装置は、加圧燃料コモンレール送給ユニットインジェクタを内蔵する。しかしながら、コモンレールの機能は、燃料をエンジンに直接噴射することではなしに、プランジャのポンピング動作ストローク時にノズルを介して押し出される、プランジャ室内への燃料を調量しやすくすることである。このため、このような装置は、制限された噴射時期調節範囲を有するとともに、噴射の時期が来る度毎に機械的な作動を用いることを必要とする。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の主要な目的は、噴射の機械的作動とコモンレールの原理とを、これらのそれぞれの利点を利用することができる条件において選択的に用いるとともに、その他の条件においては選択的に使用停止して、これらのそれぞれの欠点を回避することができる燃料噴射装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の特定の目的は、噴射がエンジンの回転のいかなる点においても行なわれうるように、周知の機械作動式噴射装置に比べてより広い可能噴射時期調節範囲と；周知の高圧コモンレール方式において実現可能な噴射圧力に比べてより広い可能噴射圧力範囲と；より高い噴射率整形能力とを有する燃料噴射装置を提供することにある。このような装置は、遊転および低負荷時にはコモンレール動作原理だけを使用し、高い噴射圧力が必要とされるような条件においては機械作動原理だけを使用することを可能にし、以って、最大レール圧力が相対的に低くなるため、装置のコモンレール部分の設計を相対的に単純かつ耐久性のあるものにすることを可能にする。このような装置は、制御弁の適切な付勢時期を選択することによって両方の動作原理を用いて、方形状または三角形状の噴射率波形、パイロット噴射、高圧後噴射およびポスト噴射等の、機械作動式ユニットインジェクタおよびコモンレール方式において行なわれうることが知られているその他の種類の噴射率整形に加えて、いわゆる「ブート」形噴射を達成することができる。
【００１２】
本発明のまた他の特定の目的は、前記の特徴に加えて、装置の過剰圧力に対する本来的な防護性を有する燃料噴射装置を提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示される本発明の第１の実施例によれば、従来式の通常的に閉じられているノズル２および電気作動式ノズル制御弁（ＮＣＶ）３と；カム６とプランジャ室７とを有するカム駆動式プランジャ５と戻しばね８と電気作動弁９とからなる機械作動式燃料加圧手段４と；一般に１組の前記燃料噴射器とエンジン（図示せず）内の機械作動手段とに供用されるコモンレール１０と；前記コモンレールを加圧するとともに、前記コモンレール内の圧力を所要のレベルに調整する手段１１と；相対的に低い圧力を有する戻り管路１２と燃料タンク１３とを組み込まれる燃料噴射器１が得られる。電子制御装置（図示せず）は、コモンレール１０内の圧力を管理するとともに、制御弁３および９を制御する。
【００１４】
燃料噴射器１は、従来技術により周知の種類の高圧コモンレール式噴射器として動作するように設計される。このような周知の噴射器において一般的であるように、噴射器１は、ニードル弁１５を偏倚させてノズル２を閉じるばね１４と；制御室内における圧力の増大が結果的に制御ピストンにニードル弁１５を押圧させてノズルを閉じさせるように構成される制御室１７を有する制御ピストン１６と；入力スロットル１８と出口ポート１９とを内蔵する。入力スロットル１８は、制御室１７をプランジャ室７と接続し、出口ポート１９は、前記制御室をＮＣＶ３と接続する。前記ＮＣＶは、命令を受信すると開弁するとともに、出口ポート１９を戻り管路１２と接続しうる。入力スロットルと出口ポートとＮＣＶとの流動面積は、ＮＣＶの開弁が制御室内において十分な圧力降下を引き起こして、ニードル弁１５のディファレンシャル部に作用する圧力によってノズル２が開くように選択される。これもまた周知の高圧コモンレール式噴射器において一般的であるように、出口ポート１９と制御ピストン１６とは、制御ピストンが開口ノズルに対応する位置において出口ポートを制限して、以って加圧燃料が入力スロットル１８と出力ポート１９と開放状態の制御弁３とを介して戻り管路１２に漏出することを制限しうるように設計される。
【００１５】
プランジャ室７は、ノズル２の入口に接続される。このプランジャ室は、制御弁９の状態によって、コモンレール１０と接続または接続解除されうる。
【００１６】
この燃料噴射装置は、以下のように動作する。コモンレール１０内の燃料圧力は、エンジンの特定の動作状態の要件にしたがって設定されるある一定レベルに維持される。高い噴射圧力が噴射に必要とされないとき、たとえばエンジンが遊転状態または相対的に低い負荷点にあるときは、制御弁９は、エンジンサイクル全体を通じて開かれたままになる。プランジャ５のポンピング動作ストローク時に、燃料は、制御弁９を介して再びコモンレールへと押し出されて、プランジャ室７内における圧力がごくわずかしか増大せず、これに対応して、プランジャを駆動するエンジン動力伝達装置はあまり付勢されないようになる。噴射の開始にあたっては、ＮＣＶ３が開き、制御室１７内の圧力が降下して、制御ピストン１６とニードル弁１５とを上昇させてノズルを開かせる。次に、燃料が、ＮＣＶが再び閉じられるまで、コモンレール圧力下で開口ノズルを介して噴射される。ＮＣＶの閉弁に続いて、制御室１７内の圧力は、再びコモンレール圧力のレベルに増大し、制御ピストン１６が、ばね１４により補助されて、ノズルを閉じる。この動作モードは、コモンレールモードまたはＣＲモードとも呼ばれる。ＣＲ動作モードを機能させるためには、コモンレール１０内と戻り管路１２内との圧力間における差が、従来技術において周知のようにばね１４の予圧と閉弁状態のニードル弁１５のディファレンシャル部の大きさとによって定義されるノズル２のばね開口圧力より大きくなくてはならないことが理解されよう。
【００１７】
ＣＲ動作モードは、機械作動式ＦＩＥ、特にユニットインジェクタに特有の機械作動手段を駆動する動力伝達装置の付勢と急速な付勢解除とを無くすことによって、噴射装置の機械騒音を低下させる。コモンレール圧力を用いることができることにより、エンジンサイクルのいかなる点においても燃料噴射が可能になる。コモンレール内の作動圧力に関する最大設計限界は、一方では費用、耐用寿命および最大圧力を制限するその他のパラメータと、他方では噴射タイミングの柔軟性、騒音の低下およびエンジン特性を向上させるその他のパラメータ等の利点との間における妥協点となる。このため、コモンレール内の一般的な最大作動圧力は、２００〜６００バールの範囲内となりうる。
【００１８】
より高い噴射圧力が必要とされるときは、制御弁９が、プランジャ５のポンピング動作ストローク時において一時的に閉じられる。これにより、圧力が、プランジャ室７内と入力スロットル１８とノズル２の入口とにおいて増大する。ある一定の所望の圧力が達成されると、ＮＣＶが開き、噴射が前記のように行なわれる。噴射の終了は、ＮＣＶの閉弁と制御弁９の開弁との相対的な時期調節に従属する。この動作モードは、従来技術において周知の電子制御式機械作動式ユニットインジェクタの機能順序に似ており、ＥＵＩ動作モードとも呼ばれる。このＥＵＩ動作モードを用いることにより、本発明は、周知のユニットインジェクタおよびユニットポンプ装置に特有の極めて高い噴射圧力を達成しうる。それと同時に、本発明は、高圧が制御弁９の閉弁によって相対的に小さい容積に維持されるため、コモンレールおよびその他の容積内において非常に高い圧力を有することに伴う高圧コモンレール方式の欠点を有さない。実際に、ＥＵＩ動作モード時におけるコモンレール圧力は、プランジャの後退ストローク時においてプランジャ室７を辛うじて確実に満たすことが保証されうるだけの極めて低いレベル、一般に４〜６バールの範囲内まで低下せしめられうる。
【００１９】
図２に示される本発明のまた他の実施例において、前記装置は、同じ態様に設計されるが、逆止め弁２０が、ノズル２の入口とコモンレール１０との間において、自身の入力部を前記コモンレールに接続されて配設される。弁２０は、プランジャ５の戻りまたは後退ストローク時に開いて、弁２０がなければノズル２の入口における圧力が低くなりすぎてＣＲモードの噴射が機能しなくなる事態を招きうる、プランジャ室７とコモンレールとの間における圧力降下を減少させる。したがって、弁２０は、プランジャの後退ストローク時における噴射を可能にするために用いられる。また、これによって、より小さい流動面積を有する制御弁９を用いることが可能になる。このことは、さらにまた、制御弁の応答時間を向上させ、該弁の寸法および消費電力等を減少させうる。
【００２０】
ニードル弁１５の動作を制御する前記原理は、ニードル弁のより高い開弁および閉弁速度が必要とされる場合には不適切でありうる。このことは、三方弁の使用と油圧回路の適切な改良とによって克服されうる。図３および４に、三方ニードル制御弁３がプランジャ室７と制御室１７との間において配設される本発明のさらに他の実施例が示されている。この制御室の唯一の接続相手は、該制御室１７を圧力源（図示）または低い圧力を有する戻り管路１２に二者択一的に接続するＮＣＶである。ＮＣＶの開弁により、制御室と圧力源との接続部が閉じられるとともに、戻り管路との接続部が開かれて、燃料が迅速に排出されてニードル弁をより急速に開弁させることができるようになる。ＮＣＶの閉弁により、制御室１７は、戻り管路から接続解除されるとともに、圧力源に再接続されて、これによってノズルのより急速な閉弁も可能になる。
【００２１】
図２に示された実施例と同様に、自身の入口によってコモンレールに、出口によってノズル２に接続される逆止め弁２０を図４に示されるように使用して、装置の可能噴射時期調節範囲を広げるとともに、制御弁９の最大必要流動面積を減じることができる。
【００２２】
図５に示されるさらにまた他の実施例は、プランジャ室７とコモンレール１０との間において三位置／三方制御弁９を組み込まれている。この制御弁９は、プランジャ室７を前記コモンレールまたは戻り管路１２に二者択一的に接続すること、または前記プランジャ室をこれらのいずれからも分離することができる。この設計の残りの部分は、図３に示されたものと同じである。図５の実施例にしたがって本発明を構成することの利点は、噴射のいわゆる「逃がし終了」を必要に応じて用いることができることである。
【００２３】
ＣＲ動作モードは、ＮＣＶを開いて、以って圧力を制御室１７から解放して、さらにこれによってノズル２を開かせることによって達成される。ＣＲモードの噴射時には、燃料は、図５に示されるように、コモンレールから開弁状態の制御弁９を介してノズルに供給される。この弁９の位置は、第１の位置と呼ばれる。ＮＣＶが閉じると、制御室１７内において圧力が増大し、最終的にノズルが閉じられる。ポンピング動作ストローク時においてプランジャ５により押しのけられるあらゆる燃料は、弁９を介して再びコモンレールに戻り、これによって有意な余剰圧力が装置内において生じることが防がれ、したがってプランジャ駆動機構の付勢と付勢解除とが効果的に解消される。
【００２４】
ＥＵＩ動作モードにおいて、制御弁９は、プランジャ５のポンピング動作ストローク時において第１の位置から第２の位置に切り替えられる。この第２の位置において、弁９は、プランジャ室７をコモンレールと戻り管路とのいずれからも分離する。このため、装置内の圧力が増大し、所望の圧力レベルに達すると同時にＮＣＶが開いて、前記のように、ニードル弁１５にノズルを開かせる。燃料噴射は、プランジャによって生じしめられる高い圧力で行なわれる。噴射の終了にあたっては、いくつかの方法を選択することができる。一般的には、ＮＣＶが閉じられて、制御室１７が再加圧される。噴射の圧力支援終了が望まれる場合は、制御弁９は、第２の位置においてノズルの閉弁時間に対応する時間にわたって閉じたままにしておかれるか、または再び第１の位置に切り替えられるかのいずれかとなる。その後、ノズルは、制御室１７内の高い圧力で閉じられ、この高い圧力が戻しばね１４を補助してノズルはより迅速に閉じられる。噴射の逃がし終了が望まれる場合は、制御弁９は、第３の位置に切り替えられて、プランジャ室７を戻り管路１２に接続するとともに、該プランジャ室をコモンレールから分離する。この手段により、ノズルは、戻しばね１４によって閉じられる一方で、ノズル内における燃料圧力は低い。
【００２５】
噴射の逃がし終了と圧力支援終了とを同時に用いる場合は、図６に示されるように、ＮＣＶをコモンレールに直接接続することができる。噴射終了にあたって、ＮＣＶは、制御室１７と戻り管路１２との間における接続を閉鎖するとともに前記制御室をコモンレールと接続する位置に切り替えられる。制御弁９は、第３の位置に切り替えられて、プランジャ室およびノズルから圧力を解放し、ニードル弁１５は、戻しばね１４と制御室１７内における圧力との複合作用下でノズルを閉鎖する。本発明のこの実施例においては、相対的に弱いノズルの戻しばね１４を用いることができ、これによって、ＣＲ動作モードに用いられうる最低コモンレール圧力をより低い設定にすることが可能になる。
【００２６】
図５および６に示された噴射装置の複雑さを減じるために、図７および８に示されるように、二方ノズル制御弁を三方弁の代わりに用いることができる。図７および８にしたがった装置の機能順序は、それぞれ図５および６に示された装置の機能順序に対応する。二方ＮＣＶ機構の設計および機能は、本項目においてすでに説明されている。
【００２７】
図６および８に示される本発明の実施例は、装置の過剰圧力に対して本来的により優れた防護性を有するため、有利でありうる。これは、制御室１７の入口がコモンレールに（直接またはＮＣＶを介して）接続され、本発明のその他の実施例（図１〜５、７）および多くの従来設計の場合のようにプランジャ室７には接続されないためである。こうした後者の装置においては、ＮＣＶを開弁することができなければ、圧力の増大がノズル内と制御室（１７）内とにおいて同時に起こるため、プランジャのポンピング動作ストローク時において生じしめられる圧力を逃がすことができなくなり、ノズルを開口させることができない。このことは、ＦＩＥおよびエンジンの深刻な機械的損傷を引き起こしうる。図６および８に示されるように、制御室１７をコモンレールに接続することにより、ハードウェア制限は、閉じられたノズルを有する噴射器において達成されうる最大圧力に設定される。この圧力限界は、戻しばね１４の予圧と、制御ピストン１６の直径と、逃がし弁によって容易に制限されうるコモンレール１０内の圧力とによって判断される。
【００２８】
このような最大圧力のハードウェア制限の原理は、本発明の前記のあらゆるその他の実施例に用いられうる。こうした例が、図９ａ、ｂに示されている。
【００２９】
図１０に示される本発明のさらにまた他の実施例は、ノズル２のニードル弁１５の位置を直接制御する電気作動式ノズル制御弁２１を組み込まれている。このニードル弁１５は、ＮＣＶ３の移動可能な電機子２２に機械的に接続されうる。ＣＲおよび／またはＥＵＩ動作モードと、これらのモードを組み合わせたものとが、この実施例において、前記と同じ態様で実現される。電気作動式ノズル制御弁２１は、ソレノイド作動または好ましくは圧電作動されて、ニードル弁１５の位置の迅速かつ正確な制御が達成されうる。
【００３０】
本明細書に記載の本発明の全ての実施例は、いくつかの態様で噴射プロセスの噴射率整形を行なうことができる。可変的なニードル弁開口圧力（ＮＯＰ）は、ＥＵＩ動作モードにおいて、制御弁９の閉弁に対してＮＣＶ３の開弁のタイミングを適切に遅らせることによって達成される。図６、８および９に示される変形形態の場合は、ニードル弁１５の直径より大きい直径の制御ピストン１６を用いることにより、高い最大ＮＯＰが設定されうる。より高いＮＯＰを選択すると、より方形状の噴射率波形が得られ、ＮＯＰを低くすると、噴射時における圧力は漸増し、波形は三角形状となる。
【００３１】
ＥＵＩおよびＣＲ ＦＩＥのいずれでも可能であることが知られているパイロット、スプリットおよびポスト噴射等の多段噴射の異なる組合せもまた、本発明によって達成可能である。加えて、本発明は、可変圧力レベルおよび可変持続時間のブート段階を有するブート形噴射を可能にする。このような噴射パターンを達成するためには、ＣＲおよびＥＵＩ動作モードの両方が、単一の噴射サイクル内において、ＮＣＶをプランジャのポンピング動作ストロークの開始前に開口させて用いられうる。
【００３２】
コモンレール１０を加圧するとともに燃料圧力を調整する手段１１は、定容量形ポンプと、本質的に制御可能な逃がし弁である圧力調整器とを組み込まれうる。ポンプの押しのけ容量は、ＣＲにおける最大所要圧力がいかなるエンジン動作条件においても達成されうるように選択される。特定の条件において達成可能な圧力に比べてより低い圧力が必要とされる場合は、逃がし弁が余剰燃料をポンプの出口から燃料タンクに戻す。これに代わる方法として、可変容量形ポンプを用いて、ポンプの吐出し量があらゆる動作条件において調節されて、このような装置において安全逃がし弁として機能する逃がし弁を開かなくても必要なＣＲ圧力が維持されうるようにすることができる。可変容量形ポンプを使用することにより、動力損失を減少させることができるが、このようなポンプは、一般に、定容量形ポンプより高価である。その他の構成の手段１１、たとえば機械式、油圧機械式または電気式のいずれかの可変比動力伝達装置を介してエンジンにより駆動される定容量形ポンプが、本発明において用いられうる。電気式の場合は、エンジンの始動電動機をこの目的に利用して、以ってポンプ用の追加の専用電動機の費用を回避することができる。
【００３３】
本発明をその好適な実施例に関連して説明したが、以下の特許請求の範囲により定義されるところの本発明の精神および範囲内に含まれるその他の実施例もありうることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１−９】本発明のさまざまな実施例の線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月7日(2005.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
入口とニードル弁（１５）とを有するノズル（２）と；前記ニードル弁を偏倚させて前記ノズルを閉鎖する弾性手段（１４）と；入力スロットル（１８）と出口ポート（１９）とを有する制御室（１７）を形成しており、前記ニードル弁（１５）に当接して、前記制御室（１７）内における圧力の増大により結果的に前記ニードル弁を押圧して前記ノズルを閉じるようになっている制御ピストン（１６）と；前記入力スロットル（１８）と前記ノズル（２）の前記入口とに接続されるプランジャ室（７）を形成するカム駆動式プランジャ（５）と；燃料用コモンレール（１０）と；前記プランジャ室（７）と前記コモンレール（１０）との間において配設されており、電気制御命令を受けると同時に、前記プランジャ室と前記コモンレールとの間における油圧的連通を開放または閉鎖することができる制御弁（９）と；前記制御室（１７）の前記出口ポート（１９）と戻り管路（１２）との間において配設されており、前記出口ポート（１９）と前記戻り管路（１２）との間における油圧的連通を開放または閉鎖することができるノズル制御弁（ＮＣＶ）（３）と；前記コモンレールを加圧するとともに、前記コモンレール内における燃料の圧力を調整する手段（１１）と；燃料タンク（１３）とからなる燃料噴射装置において、前記入力スロットル（１８）と前記出口ポート（１９）と前記ＮＣＶ（３）との有効流動面積と前記弾性手段（１４）の力とは、前記ノズルの前記入口における圧力が前記コモンレールの最大作動圧力より低いときに前記ＮＣＶが開くことによって前記ニードル弁（１５）により前記ノズルが開かれうるように選択されることを特徴とする燃料噴射装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
【図１−１０】本発明のさまざまな実施例の線図である。
【国際調査報告】
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