(57)【要約】加圧燃料を燃料インジェクタ（５０）に供給するための燃料噴射システムは、燃料を燃料供給通路（５２）を経由して前記燃料インジェクタ（５０）に第１の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１）で供給するための蓄圧室（５９）と、前記インジェクタ（５０）に供給された燃料の圧力を第２の噴射可能の圧力レベル（Ｐ２）まで増圧するためのポンプ手段（６３）と、前記第１の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１）にある燃料が前記インジェクタ（５０）に供給される第１位置、並びに前記第２の噴射可能の圧力レベル（Ｐ２）にある燃料が前記インジェクタに供給されるのを許容するように、前記インジェクタ（５０）及び前記蓄圧室（５９）の間の連通が断たれる第２位置の間に作動可能な弁手段（６２，１６２，２６２，３６２）とを備えている。この噴射システムは、３位置弁（２６２）の形の弁手段を含んでいてよく、或いは燃料供給通路（５２）を通る燃料の供給を制御するために遮断弁（４６４；１４６４）を含んでいてよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧燃料を燃料インジェクタ（５０）に供給するための燃料噴射システムであって、
燃料を燃料供給通路（５２）を経由して前記燃料インジェクタ（５０）に第１の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１）で供給するための蓄圧室（５９）と、
前記インジェクタ（５０）に供給された燃料の圧力を第２の噴射可能の圧力レベル（Ｐ２）まで増圧するためのポンプ手段（６３）と、
前記第１の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１）にある燃料が前記インジェクタ（５０）に供給される第１位置と、前記第２の噴射可能の圧力レベル（Ｐ２）にある燃料が前記インジェクタに供給されるのを許容するように、前記インジェクタ（５０）及び前記蓄圧室（５９）の間の連通が断たれる第２位置との間に作動可能な弁手段（６２，１６２，２６２，３６２）と、
を備える燃料噴射システム。
【請求項２】
前記ポンプ手段（６３）及び前記インジェクタ（５０）は共通ユニットになって組み合わせられている、請求項１に記載の燃料噴射システム。
【請求項３】
前記ポンプ手段は、プランジャボア内に画成されたポンプチャンバ（６４）と、前記弁手段（６２，１６２，２６２，３６２）が前記第２位置にあるときに前記ポンプチャンバ（６４）内の燃料の加圧を生じさせるために前記プランジャボア内で可動であるプランジャ（６６）とを含む、請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射システム。
【請求項４】
前記ポンプ手段（６３）は、前記プランジャ（６６）に駆動力を伝えるためのカム（６８，１６８）を有するカム駆動装置を含む、請求項３に記載の燃料噴射システム。
【請求項５】
前記カムは、第１のカムローブ及び少なくとも１つの更なるカムローブを含み、前記第１のカムローブが、前記プランジャ（６６）の第１のポンピング行程の少なくとも一部の間、前記第２の圧力レベルまで前記ポンプチャンバ（６４）内の燃料の加圧を行い、前記更なるカムローブのうちの１つが、前記プランジャ（６６）の更なるポンピング行程の間、前記第１の圧力レベルまで前記ポンプチャンバ（６４）内の燃料の加圧を行う、請求項４に記載の燃料噴射システム。
【請求項６】
複数のインジェクタ（５０）を含み、その各々がポンピング行程及び戻り行程を行う関連のポンププランジャ（６６）を有しており、該プランジャ（６６）の各々が、他のカムに関して又は他のカムの各々に関して方向付けられた関連のカム（１６８）によって駆動されると共に、関連の戻り行程が中断されて他のプランジャのうちの１つのプランジャのポンピング行程と実質的に同期するプランジャ運動の少なくとも１つのステップを定めるように形作られた表面を有している、請求項４に記載の燃料噴射システム。
【請求項７】
各カム表面は、上げ側面を含むように形作られており、前記カム表面の残りは、関連のプランジャの戻り行程中に中断の時間を定めるように作用する不整表面を含んでいる、請求項６に記載の燃料噴射システム。
【請求項８】
各カムは、使用時に、シャフトにより駆動され、各カム表面は、同じシャフトにより駆動される他のカムの数に等しい多くの数の運動ステップを関連の戻り行程中に定めるように形作られている、請求項６又は請求項７に記載の燃料噴射システム。
【請求項９】
前記弁手段は、前記ポンプ手段（６３）及び前記蓄圧室（５９）の間の連通を制御するための弁（６２，２６２）を含んでいる、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項１０】
前記弁手段（６２，１６２，２６２，３６２）は、電子制御信号の印加によりその第１及び第２位置間で可動である電気的に作動可能の弁部材を含んでいる、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項１１】
前記弁手段は、前記第１及び第２位置、並びに、前記ポンプ手段（６３）が低圧ドレンと連通しそれにより噴射の逃し終了（spill-end)を許容する更なる第３位置の間で作動可能の３位置弁（２６２）を含んでいる、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項１２】
前記３位置弁は、内側弁部材（８０）及び外側弁部材（９０）、並びに関連の内側及び外側弁戻しスプリング手段（９２，８６）を含み、前記内側弁部材及び外側弁部材（８０，９０）の運動は電磁式アクチュエータの巻線を用いて行われる、請求項１１に記載の燃料噴射システム。
【請求項１３】
前記外側弁部材（９０）は前記アクチュエータのアーマチュア（８２）に結合されており、前記外側弁部材（９０）は、前記内側弁部材（８０）に関して可動であると共に、第１の励磁レベルへの前記巻線の励磁の際に、前記内側弁部材（８０）により画成された第１の弁座部（１１２）との係合状態に可動であり、それにより前記弁手段（２６２）を運動させて前記弁手段の前記第３位置にいれ、前記外側弁部材（９０）の前記運動は、前記内側弁部材（８０）に結合されて、第２の励磁レベルへの前記巻線の励磁の際に前記弁手段（２６２）を運動させて前記第２位置にいれる、請求項１２に記載の燃料噴射システム。
【請求項１４】
燃料を前記第１の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１）で前記蓄圧室（５９）に供給するための高圧燃料ポンプ（５８）を更に備える、請求項９〜請求項１３のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項１５】
前記ポンプ手段（６３）は、加圧燃料を前記第１の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１）で前記蓄圧室（５９）に供給するよう作動可能である、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項１６】
前記弁手段は、前記ポンプ手段（６３）への比較的に低い圧力での燃料の供給源を制御するための追加の弁（１６２，１６３）を更に含む、請求項１５に記載の燃料噴射システム。
【請求項１７】
前記追加の弁は、前記ポンプ手段（６３）が比較的に低い圧力での前記燃料の供給源と連通する開位置と該連通が断たれる閉位置との間に作動可能の注入／逃し弁（１６２）であり、ポンピング行程中の前記開位置への前記注入／逃し弁（１６２）の作動により噴射の逃し終了を許容する、請求項１６に記載の燃料噴射システム。
【請求項１８】
前記追加の弁は、前記ポンプ手段（６３）が比較的に低い圧力の燃料の供給源と連通する開位置と該連通が断たれる閉位置とを有する逆止弁（３６２）である、請求項１６に記載の燃料噴射システム。
【請求項１９】
燃料を比較的に低い圧力で前記ポンプ手段（６３）に供給するための移送ポンプを更に備える、請求項１６〜請求項１８のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項２０】
前記インジェクタ（５０）は、前記第１及び／又は第２の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１，Ｐ２）での噴射の開始のタイミングを制御するように動作可能な制御弁手段（５４；１１）を含んでいる、請求項１〜請求項１９のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項２１】
前記制御弁手段は、前記第１及び／又は第２の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１，Ｐ２）での噴射タイミングの制御を許容するように、インジェクタ制御チャンバ（５７）内の燃料圧力を制御するように動作可能なノズル制御弁（５４）を含んでいる、請求項２０に記載の燃料噴射システム。
【請求項２２】
前記インジェクタは、前記制御チャンバ（５７）内の燃料圧力に曝される表面を有するニードル弁（５５）を含んでいる、請求項２１に記載の燃料噴射システム。
【請求項２３】
前記制御弁手段は、前記ポンプ手段（６３）及び前記インジェクタ（５０）の間の燃料の供給を制御し、それにより前記第１及び／又は第２の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１，Ｐ２）での噴射タイミングの制御を可能とする、遮断弁部材（４６４；１４６４）を含む遮断制御弁（４６２）を含んでいる、請求項２０に記載の燃料噴射システム。
【請求項２４】
前記制御弁手段は、遮断弁制御チャンバ（１５７）内の燃料圧力を制御するための制御弁（１１）を更に含み、前記遮断制御弁部材（４６４；１４６４）に関連した表面が前記遮断制御チャンバ（１５７）内の燃料圧力に曝されている、請求項２３に記載の燃料噴射システム。
【請求項２５】
前記ポンプ手段は、前記プランジャ（６６）と協働可能の駆動部材（１２６）を更に備えており、該駆動部材（１２６）はエンジンのロッカアームに結合されていて、前記駆動部材（１２６）の運動が前記ロッカアームの揺動を行うようになっている、請求項４〜請求項２４のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項２６】
前記ポンプ手段（６３）は、２０００〜２５００バールの範囲にある第２の噴射可能の圧力レベルまで燃料圧力を上昇させるように作動可能である、請求項１〜請求項２５のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項２７】
前記蓄圧室（５９）中の燃料は、２００〜３００バールの圧力レベルである、請求項１〜請求項２６のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項２８】
前記第２の噴射可能の圧力は、前記第１の噴射可能の圧力レベルよりも５〜１０倍高い、請求項１〜請求項２７のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項２９】
前記蓄圧室は関連のエンジンのロッカシャフト（１３４）に含まれている、請求項１〜請求項２８のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
【請求項３０】
インジェクタを含む燃料噴射システムにおいて使用するための遮断弁であって、該遮断弁（４６２）は、前記インジェクタ（５０）への燃料の供給を制御するため開放した作動位置及び閉じた作動位置の間に作動可能である遮断弁部材（４６４，１４６４）を含んでおり、該遮断弁部材（４６４，１４６４）は、遮断制御チャンバ（１５７）内の燃料圧力に曝される表面を有しており、前記遮断弁は更に、前記遮断弁制御チャンバ（１５７）内の燃料圧力を制御し、それにより前記開放した作動位置及び前記閉じた作動位置の間の前記遮断弁部材（４６４，１４６４）の運動を制御する制御弁（１１）を備える、遮断弁。
【請求項３１】
前記遮断弁部材（４６４，１４６４）は、前記インジェクタへの燃料供給通路（５２）内に配設されており、該遮断弁部材（４６４，１４６４）の関連の第１表面が前記遮断制御チャンバ（１５７）内の燃料圧力に曝される第１の有効表面積を画定すると共に、前記遮断弁部材（４６４，１４６４）の関連の第２表面が第２の有効表面積を画定するようになっていて、前記遮断弁部材（４６４，１４６４）の前記関連の第２表面が前記燃料供給通路（５２）を通る燃料の流れを制御するため遮断弁座部（１１２；１１１２）に係合可能である、請求項３０に記載の遮断弁。
【請求項３２】
前記関連の第２表面が前記遮断弁座部（１１１２）に係合するための実質的に円錐形の座面（１２７）を画定している、請求項３１に記載の遮断弁。
【請求項３３】
前記関連の第１表面は、前記遮断弁部材（１４６４）の第１の端部領域（４６６）により画定されており、前記遮断弁部材（４６４）の反対側端部領域（４６８）は、比較的に低い燃料圧力に曝されている、請求項３１又は請求項３２に記載の遮断弁。
【請求項３４】
前記関連の第２表面は、前記遮断弁部材（１４６４）の中間領域により画定されている、請求項３２又は請求項３３に記載の遮断弁。
【請求項３５】
前記遮断弁部材（１４６４）は、該遮断弁部材（１４６４）がその開放した作動位置及び閉じた作動位置の双方にあるときに該遮断弁部材（１４６４）に関する力の不平衡が実質的に同一であるように形作られている、請求項３１〜請求項３４のいずれか１項に記載の遮断弁。
【請求項３６】
前記遮断弁部材（１４６４）は、弁ハウジング（１１０）にあるボア（１２１）内で滑動可能であると共に、前記遮断弁部材がその開放した作動位置にあるときに高圧燃料が通り流れる環状チャンバ（１２５）を前記ボア（１２１）と一緒に画成するように形作られている、請求項３１〜請求項３５のいずれか１項に記載の遮断弁。
【請求項３７】
前記関連の第１表面は、前記遮断弁部材（４６４）の第１の端部領域（４６６）により画定されており、前記遮断弁部材（４６４）の前記関連の第２表面は、前記遮断弁部材（４６４）の反対側の端部領域（４６８）で画成されている、請求項３１に記載の遮断弁。
【請求項３８】
前記関連の第２表面は、ハウジング部分の端面により画成された遮断弁座部（１１２）と係合可能である、請求項３７に記載の遮断弁。
【請求項３９】
噴射可能の圧力レベルで燃料を噴射する燃料噴射システムにおいて使用するための、請求項３０〜請求項３８のいずれか１項に記載の遮断弁であって、前記制御弁（１１）は、前記遮断弁制御チャンバ（１５７）が噴射可能の圧力での燃料と連通する第１位置と前記遮断弁制御チャンバ（１５７）が比較的に低い圧力での燃料と連通する第２位置との間に作動可能である、遮断弁。
【請求項４０】
噴射可能の圧力レベルで燃料を噴射する燃料噴射システムにおいて使用するための、請求項３０〜請求項３８のいずれか１項に記載の遮断弁であって、前記制御弁（１１）は、前記遮断弁制御チャンバ（１５７）が前記噴射可能の圧力レベルとは異なる圧力レベルでの燃料と連通する第１位置と前記遮断弁制御チャンバ（１５７）が比較的に低い圧力での燃料と連通する第２位置との間に作動可能である、遮断弁。
【請求項４１】
前記遮断弁部材（４６４，１４６４）は、実質的に圧力平衡されていると共に、前記遮断弁部材をその閉位置に向かって付勢するためのスプリング手段を含んでいる、請求項３０〜請求項４０のいずれか１項に記載の遮断弁。
【請求項４２】
前記遮断弁部材（４６４，１４６４）は圧力平衡されていない、請求項３０〜請求項４０のいずれか１項に記載の遮断弁。
【請求項４３】
前記関連の第１表面の前記第１の有効表面積は前記関連の第２表面の前記第２の有効表面積よりも大きい、請求項４２に記載の遮断弁。
【請求項４４】
内燃機関において使用するための燃料インジェクタであって、該燃料インジェクタは、ニードル弁（５５）及びニードル弁座部を有する噴射ノズル（２０）を含み、前記ニードル弁は、それがリフトされてニードル弁座部から離れる開位置及び前記ニードル弁座部と係合される閉位置の間に移動可能であり、また、燃料供給通路（５２）と、高圧燃料が前記噴射ノズルへと前記燃料供給通路（５２）を通り流れる開位置及び高圧燃料が前記噴射ノズルへと前記燃料供給通路（５２）を通り流れることができない閉位置の間に駆動可能である遮断弁（４６２）とを含み、該遮断弁（４６２）は、前記インジェクタへの燃料のパルス状噴射を行うように前記ニードル弁をその開位置にして、その開位置及び閉位置の間に作動可能である、燃料インジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のための燃料噴射装置もしくはシステムに関し、特に、コモンレールの形の蓄圧室を含む燃料噴射システムに関するものである。本発明のこの燃料システムは、ある範囲の噴射圧力及び噴射率シェ−ピング（shaping)特性をもたらすことができる。また本発明は、遮断弁を含むコモンレール式燃料システムに関し、そして燃料噴射システムにおいて使用するための遮断弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既知の燃料噴射器の設計では、ノズル制御弁が設けられていて、座部に対する燃料噴射器のニードル弁の動きを制御し、従って、噴射器からの燃料の噴射量を制御する。いわゆる電子制御ユニットインジェクタ(Electronic Unit Injector=EUI)は、このような噴射器の一例である。電子制御ユニットインジェクタは、ポンプチャンバ内の燃料圧力を高くするためカム駆動のプランジャを有する専用ポンプと、燃料を関連のエンジンシリンダに噴射させる噴射ノズルとを含んでいる。逃し弁もしくはスピル弁は、フューエルチャンバ内の燃料の圧力を制御するように作動可能である。逃し弁が開位置にあるとき、ポンプチャンバは、該ポンプチャンバ内の燃料圧力がプランジャの移動によって実質的に影響されないように、並びにプランジャが往復動するときに燃料がポンプチャンバ内に単に引き込まれ且つそこから押し出されるように、低圧燃料タンクと連通している。逃し弁の閉止は、プランジャが駆動されポンプチャンバの体積を減少させるときに、ポンプチャンバ内の圧力を上昇させる。各電子制御ユニットインジェクタは、関連のエンジンシリンダ内への燃料の噴射の開始及び終了のタイミングを制御するべく設けられた、電子的に制御されるノズル制御弁を有している。エンジンは、複数の電子制御ユニットインジェクタを備えるのが典型的であり、これはエンジンの各シリンダについて１つある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電子制御ユニットインジェクタにおけるノズル制御弁の使用は、噴射タイミングの制御を行う能力を提供すると共に、かかるユニットは、高い噴射圧力を実現できるが、噴射圧力も噴射タイミングも、関連のカム駆動装置の特性によりある程度制限される。
【０００４】
コモンレール式燃料噴射システムにおいては、単一のポンプが設けられていて、燃料システムの複数のインジェクタへの供給のため、蓄圧室、即ち、コモンレールに高圧の燃料をチャージする。電子制御ユニットインジェクタの場合、噴射のタイミングは、各インジェクタと関連したノズル制御弁により制御される。コモンレール式システムの利点の一つは、高圧での燃料の噴射のタイミングがカム駆動装置に左右されることがなく、従って、ノズル制御弁により迅速で正確な噴射のタイミングの制御が実現できることである。しかしながら、コモンレール式システム内に非常に高い噴射圧力を実現することには問題があり、また燃料が加圧されねばならない高い圧力レベルはポンプ内及びレール内に高い応力を生じさせることがある。従って、レールは、圧力を封じ込めるために比較的に厚い壁を備えていなければならず、重量があり且つ嵩張るものになる。また燃料の寄生損失も大きくなりうる。
【０００５】
噴射の場合に噴射圧力レベル及び噴射率を速やかに変化させることにより燃焼性及び効率の著しい改善が実現されうることが分かっていた。噴射特性のこのような変化は、電子制御ユニットインジェクタでもコモンレール式システムでも速やかに達成することが難しいかも知れず、双方の形式のシステムの効率は限定されている。例えば、高レール圧力で噴射を実現するように設計されたコモンレール式システムにおいて、高圧燃料の幾分かを低圧タンクに逃すことによって低噴射圧力を実現することも可能である。しかし、これはポンプエネルギを効率良く使用していない。
【０００６】
コモンレール式システムの特徴は、噴射を終了するために、高い液圧をインジェクタニードル弁の後端に作用させることが通常必要である点であり、これは、ノズル制御弁の作動を通じて実現される。しかしながら、これは、エンジンシリンダ内への燃料噴霧形成の破壊という結果になり、不必要なほどのスモークを発生させる。
【０００７】
本発明の目的の一つは、コモンレール式及び電子制御ユニットインジェクタ式燃料噴射システムについての前述した制限及び欠点の少なくとも１つを実質的に超克又は軽減する燃料噴射システムを提供することである。本発明の更なる目的は、ある範囲の噴射圧力で、並びに精確且つ効率的な噴射タイミング及び噴射率の制御を伴って噴射を実現する能力を有する燃料噴射システムを提供することである。本発明の更に別の目的は、コモンレール式及び電子制御ユニットインジェクタ式燃料システムにおける噴射の終了に関連した前述の燃料噴霧劣化問題を超克又は軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、加圧燃料を燃料インジェクタに供給するための燃料噴射システムであって、燃料を燃料供給通路を経由して前記燃料インジェクタに第１の噴射可能の圧力レベルで供給するための蓄圧室と、前記インジェクタに供給された燃料の圧力を第２の噴射可能の圧力レベルまで増圧するためのポンプ手段と、前記第１の噴射可能の圧力レベルにある燃料が前記インジェクタに供給される第１位置、並びに前記第２の噴射可能の圧力レベルにある燃料が前記インジェクタに供給されるのを許容するように、前記インジェクタ及び前記蓄圧室の間の連通が断たれる第２位置の間に作動可能な弁手段とを備える燃料噴射システムが提供されている。この弁手段は、少なくとも部分的に、高圧燃料供給通路内に配設されているのが好ましい。
【０００９】
本発明の１つの利点は、高圧燃料を低圧に逃す必要なしに、異なる圧力レベルでの燃料の噴射を制御できることである。従って、このシステムは、既知のコモンレール式燃料システムを超えるより高い効率を有している。蓄圧室は、例えば、３００バールの中程度の圧力で燃料をチャージすることができ、ポンプ手段は、レール圧力を例えば２０００〜２５００バールまで更に増圧するように配置することができる。従って、１エンジンサイクル内で噴射された燃料の圧力（従って、噴射率）を変えることが可能であり、これはエミッションレベルに対して重要な関係を有している。例えば、第１の中程度の圧力レベルでの燃料のパイロット噴射と、その後に続くより高い第２の圧力レベルでの主噴射とを含む２段噴射は、汚染物質及び騒音を減少させるのに役立ちうることが分かっていた。これは、本発明の燃料システムを使用して比較的に容易に且つ効率的に実現することができる。
【００１０】
第２の（高い）圧力レベルを有する燃料の主噴射とそれに続く第１の（中程度の）圧力レベルを有する後噴射とを相次いで実現できることは、２つの圧力レベルで噴射しうる特別の利点であり、これは、後処理目的のための利点を有することができる。ポンプ手段及びインジェクタは、ポンプ構成部品及びインジェクタ構成部品が共通のハウジング内に配設されるいわゆる“ユニットインジェクタ”として結合することができる。
【００１１】
好適な実施形態において、前記ポンプ手段は、プランジャボア内に画成されたポンプチャンバと、ポンピング行程及び戻り行程を有するポンピングサイクルを行うためのプランジャボア内を可動のプランジャとを含んでいる。プランジャのポンピング行程中に、燃料の加圧がポンプチャンバ内で起こる。プランジャの戻り行程中に、ポンプチャンバは、次のポンピング行程中に加圧されるべき燃料が注入される。ポンプチャンバは、インジェクタへの高圧供給ラインの一部を形成するように配設されるのが好都合である。
【００１２】
前記ポンプ手段は、カム駆動装置により駆動されるのが好ましい。
【００１３】
一実施形態において、このカム装置は、第１のカムローブ及び少なくとも１つの更なるカムローブを有するカムを含んでいて、前記第１のカムローブが、前記プランジャの第１のポンピング行程の少なくとも一部の間、前記第２の（高い）圧力レベルまで前記ポンプチャンバ内の燃料の加圧を行い、前記更なるカムローブのうちの１つが、前記プランジャの更なるポンピング行程の間、前記第１の（中程度又はレール）圧力レベルまで前記ポンプチャンバ内の燃料の加圧を行う。
【００１４】
プランジャの更なるポンピング行程を使用する第１の圧力レベルへの燃料の加圧は、噴射が第２の圧力レベルで行われていない期間の間に行われるのが好都合である。
【００１５】
第１のポンピング行程については、この行程の適切な段階で弁手段を開くことにより、第１の圧力レベルへの加圧を補うのに使用されるのが望ましいかも知れない。
【００１６】
燃料噴射システムは、複数のインジェクタを含むのが典型的であり、その各々が関連のポンププランジャを有しており、該プランジャの各々が、他のカムに関して又は他のカムの各々に関して方向付けられた(oriented)関連のカムによって駆動されると共に、関連の戻り行程が中断されて他のプランジャのうちの１つのプランジャのポンピング行程と実質的に同期するプランジャ運動の少なくとも１つのステップを定めるように形作られた表面を有している。
【００１７】
各カム表面は、上げ側面(rising flank)を含むように形作られているのが好ましく、前記カム表面の残りは、関連のプランジャの戻り行程に中断の時間を定めるように作用する不整表面を含んでいる。
【００１８】
好ましいのは、各カムが、使用時に、シャフトにより駆動され、各カム表面が、同じシャフトにより駆動される他のカムの数に等しい多数の運動ステップを関連の戻り行程中に定めるように形作られていることである。
【００１９】
好適な実施形態において、前記弁手段は、電子制御信号の印加により第１及び第２位置間で可動である電気的に作動可能の弁部材を含んでいる。
【００２０】
一実施形態において、前記弁手段は、前記ポンプ手段及び前記蓄圧室の間の連通を制御するためのレール制御弁を含んでいる。
【００２１】
第２の噴射可能の圧力レベルで噴射が行われているときに、レール制御弁を開き、それにより供給通路における高燃料圧力をレール圧力に逃すことにより、噴射を終了することが可能である。
【００２２】
代替実施形態において、前記弁手段は、前記第１及び第２位置、並びに、前記ポンプ手段が低圧ドレンと連通しそれにより噴射の逃し終了を許容する更なる第３位置の間で作動可能の３位置弁を含んでいる。
【００２３】
システム中に３位置弁を設置することが有利である理由は、ポンプチャンバ内、従って、インジェクタへの高圧供給通路内の高圧燃料が低圧ドレンに逃されるからである。このようにして、第１の中程度の圧力レベルでの燃料の噴射は、ニードル弁と関連したノズルもしくはニードル制御弁以外の手段によって終了されうる。噴射の逃し終了(spill-end)において、インジェクタニードル弁は、噴射ノズル内の高い液圧力に逆らって閉じることを強制されず、そのため、噴射の末期に改善された燃料噴霧の形成をもたらす。
【００２４】
一実施形態において、前記３位置弁は、内側弁部材及び外側弁部材、並びに関連の内側及び外側弁スプリング手段を含み、前記内側弁部材及び外側弁部材の運動は電磁式アクチュエータの巻線を用いて行われる。
【００２５】
前記外側弁部材は前記アクチュエータのアーマチュアに結合されており、前記外側弁部材は、前記内側弁部材に関して可動であると共に、第１の励磁レベルへの前記巻線の励磁の際に、前記内側弁部材により画成された第１の弁座部との係合状態に可動であり、それにより前記弁手段を運動させて前記弁手段の前記第３位置にいれ、前記外側弁部材の前記運動は、前記内側弁部材に結合されて、第２の励磁レベルへの前記巻線の励磁の際に前記弁手段を運動させてその第２位置にいれる。
【００２６】
この燃料噴射システムは、一実施形態において、燃料を前記第１の噴射可能の圧力レベルで前記蓄圧室に供給するための高圧燃料ポンプを備えることができる。
【００２７】
代替実施形態において、前記ポンプ手段は、加圧燃料を前記第１の噴射可能の圧力レベル（Ｐ１）で前記蓄圧室に供給するよう作動可能である。ポンプ手段が燃料を蓄圧室に供給するように構成されていれば、高圧ポンプの必要性がなくなり、そのためシステムのコストが下がる。
【００２８】
高圧燃料ポンプが設けられていなければ、前記弁手段は、前記ポンプ手段、例えばポンプ手段のポンプチャンバへの比較的に低い圧力での燃料の供給を制御するための追加の弁を更に含んでいてよい。
【００２９】
この追加の弁は、前記ポンプ手段が比較的に低い圧力での燃料の供給に連通する開位置と前記連通が断たれる閉位置との間に作動可能の注入／逃し弁の形でよく、ポンピング行程中の前記開位置への前記注入／逃し弁の作動により噴射の逃し終了を許容する。
【００３０】
代案として、前記追加の弁は、前記ポンプ手段が比較的に低い圧力での燃料の供給に連通する開位置と前記連通が断たれる閉位置とを有する逆止弁の形としうる。
【００３１】
高圧燃料ポンプが設けられていなければ、燃料噴射システムは、燃料を比較的に低い圧力で前記ポンプ手段に供給するための移送ポンプを更に備えることができる。
【００３２】
燃料噴射システムは、前記第１及び／又は第２の噴射可能の圧力レベルでの噴射の開始のタイミングを制御するように動作可能な制御弁手段を含んでいてよい。前記制御弁手段は、第１実施形態において、前記第１及び／又は第２の噴射可能の圧力レベルでの噴射タイミングの制御を許容するように、インジェクタ制御チャンバ内の燃料圧力を制御するべく動作可能なノズル制御弁を含んでいてよい。
【００３３】
前記インジェクタは、前記制御チャンバ内の燃料圧力に曝される表面を自身が有するニードル弁を含むことができるので、ノズル制御弁を使用して制御チャンバ内の燃料圧力を制御することにより、このニードル弁の開閉を制御することができる。
【００３４】
しかしながら、好適な実施形態において、前記制御弁手段は、前記ポンプ手段及び前記インジェクタの間の燃料の供給を制御し、それにより前記第１及び／又は第２の噴射可能の圧力レベルでの噴射タイミングの制御を可能にする、遮断弁部材を含む、遮断制御弁を含んでいてよい。
【００３５】
従って、本発明の特に好適な実施形態において、加圧燃料を燃料インジェクタに供給するための燃料噴射システムであって、燃料を燃料供給通路を経由して前記燃料インジェクタに第１の噴射可能の圧力レベルで供給するための蓄圧室と、前記インジェクタに供給された燃料の圧力を第２の噴射可能の圧力レベルまで増圧するためのポンプ手段と、前記第１の噴射可能の圧力レベルにある燃料が前記インジェクタに供給される第１位置、並びに前記第２の噴射可能の圧力レベルにある燃料が前記インジェクタに供給されるのを許容するように、前記インジェクタ及び前記蓄圧室の間の連通が断たれる第２位置の間に作動可能な弁手段と、前記第１及び／又は第２の噴射可能の圧力レベルでの噴射タイミングの制御を許容するように、前記ポンプ手段及び前記インジェクタの間の燃料の供給を制御するため遮断弁部材を有する遮断制御弁を含んでいる制御弁手段とを備える燃料噴射システムが提供されている。
【００３６】
この制御弁手段は、遮断弁制御チャンバ内の燃料圧力を制御するための制御弁を含むのが好ましく、この制御弁において前記遮断弁部材に関連した表面は前記遮断制御チャンバ内の燃料圧力に曝されている。
【００３７】
前記ポンプ手段は、前記プランジャと協働可能の、タペットのような駆動部材と、カムの回転に応動して該駆動部材を駆動し、それによりプランジャを駆動させるためのカムフォロワーとを更に備えることができる。
【００３８】
一実施形態において、該駆動部材は、エンジンのロッカアームに結合されておらず、カムは、プランジャに関連したフォロワー上に直接に乗っている。
【００３９】
本発明の更なる特徴は、エンジンの弁タイミング及び燃料の加圧を同一のカム駆動装置を使用して行うことができることである。
【００４０】
一実施形態において、ポンプ手段は、プランジャと協働可能の駆動部材を更に備えることができ、この場合、該駆動部材はエンジンのロッカアームに結合されていて、前記駆動部材の運動が前記ロッカアームの揺動を行うようになっている。
【００４１】
一実施形態において、蓄圧室は、コモンレールの形をとっている。該コモンレールは、例えば、中空エンジンロッカシャフト又はエンジンシリンダヘッドである別のエンジン構成部品から構成しうる。
【００４２】
燃料噴射システム中にポンプ手段を設置したことにより、コモンレール内の燃料は、比較的に控えめな圧力（即ち、第１の圧力レベル）までチャージされることだけが必要であり、それゆえレールは、減少した重量及び嵩を有する薄肉の容器又は入れ物とすることができる。従って、コモンレールを別の構成部品の内側、例えば、中空ロッカシャフト又はエンジンシリンダヘッドの内側に位置させることが可能である。
【００４３】
一実施形態において、蓄圧室は関連のエンジンのロッカシャフト内に含まれている。
【００４４】
一例として、前記ポンプ手段は、２０００〜２５００バールの範囲にある第２の噴射可能の圧力レベルまで燃料圧力を上昇させるように作動可能とすることができ、そして前記蓄圧室中の燃料は、２００〜３００バールの圧力レベルとすることができる。
【００４５】
代表的には、前記第２の噴射可能の圧力は、前記第１の噴射可能の圧力レベルよりも約５〜１０倍高い。
【００４６】
本発明の第２の形態によると、インジェクタを含む燃料噴射システムにおいて使用するための遮断制御弁であって、該遮断弁制御弁は、前記インジェクタへの燃料の供給を制御するため開放した作動位置及び閉じた作動位置の間に作動可能である遮断弁部材を含んでおり、該遮断制御弁部材は、遮断制御チャンバ内の燃料圧力に曝される表面を有しており、前記遮断弁は更に、前記遮断弁制御チャンバ内の燃料圧力を制御し、それにより前記開放した作動位置及び前記閉じた作動位置間の前記遮断弁部材の運動を制御する制御弁を備えている。
【００４７】
好ましくは、前記遮断弁部材は、前記インジェクタへの燃料供給通路内に配設されており、該遮断弁部材の関連の第１表面が前記遮断制御チャンバ内の燃料圧力に曝される第１の有効表面積を画定すると共に、前記遮断弁部材の関連の第２表面が第２の有効表面積を画定するようになっていて、前記遮断弁部材の前記関連の第２表面が前記燃料供給通路を通る燃料の流れを制御するため遮断弁座部に係合可能である。
【００４８】
都合が良いのは、第１の有効表面積に作用する液圧力は第２の有効表面積に作用する液圧力とは対向していることである。
【００４９】
好適な一実施形態において、前記関連の第２表面は、前記遮断弁座部に係合するための実質的に円錐形の座面を画定している。
【００５０】
好ましいのは、例えば、前記関連の第１表面が前記遮断弁部材の第１の端部領域により画定されており、前記遮断弁部材の反対側端部領域が比較的に低い燃料圧力に曝されていることである。
【００５１】
この実施形態において、前記関連の第２表面は、前記遮断弁部材の中間領域により画定されうる。
【００５２】
更なる好適な実施形態において、前記遮断弁部材は、該遮断弁部材がその開放した作動位置及び閉じた作動位置の双方にあるときに該遮断弁部材に関する力の不平衡が実質的に同一であるように形作られている。
【００５３】
この構成の遮断弁は、遮断弁部材に作用するどんな不平衡力も該遮断弁部材が開位置及び閉位置にあるときに実質的に同じであるので、改善された力の平衡を有している。この特徴は、燃料のパイロット噴射又は比較的に少ない体積の燃料の噴射を実現するのに特に有利である。
【００５４】
好ましいのは、前記遮断弁部材が、弁ハウジングにあるボア内で滑動可能であると共に、前記遮断弁部材が、その開放した作動位置にあるときに高圧燃料が通り流れる環状チャンバを前記ボアと一緒に画成するように形作られていることである。
【００５５】
遮断弁座部は、実質的に平らであってよく、該遮断弁が内部を運動するハウジングのボアにある段部によって画成されている。代案として、遮断弁座部は、切頭円錐形のものでよい。
【００５６】
遮断弁の代替実施形態において、前記関連の第１表面は、前記遮断弁部材の第１の端部により画定されており、前記関連の第２表面は、前記遮断弁部材の反対側の端部により画成されている。この場合、前記関連の第２表面は、ハウジング部分の端面により画成された遮断弁座部と係合可能でありうる。
【００５７】
該遮断弁は、実質的に圧力平衡されており、また、遮断弁部材をその閉位置に向かって強制するための例えば圧縮ばねであるスプリング手段を含むのが好ましい。
【００５８】
しかしながら、該遮断弁は圧力平衡されている必要はなく、その場合、前記関連の第１表面の有効表面積は、前記関連の第２表面の有効表面積よりも大きくてよい。
【００５９】
好ましくは、前記制御弁は、前記遮断弁制御チャンバが噴射可能の圧力での燃料と連通する第１位置と前記遮断弁制御チャンバが比較的に低い圧力での燃料と連通する第２位置との間に作動可能である。該遮断弁が本発明の第１の形態に従った燃料噴射システムにおいて実施されるのであれば、噴射可能の圧力は、第１の中程度の圧力レベルでもよく、或いはより高い第２の圧力レベルでもよい。しかし、本発明の第２の形態の遮断弁もまた上述した形式以外の燃料噴射システムにおいて実施されうる。
【００６０】
代替実施形態において、前記制御弁は、前記遮断弁制御チャンバが前記噴射可能の圧力レベルとは異なる圧力レベルでの燃料と連通する第１位置と前記遮断弁制御チャンバが比較的に低い圧力での燃料と連通する第２位置との間に作動可能である。
【００６１】
本発明の第３の形態によると、内燃機関において使用するための燃料インジェクタは、ニードル弁及びニードル弁座部を有する噴射ノズルを含み、前記ニードル弁は、それがリフトされてニードル弁座部から離れる開位置及び前記ニードル弁座部と係合される閉位置の間に移動可能であり、また、燃料供給通路と、高圧燃料が前記噴射ノズルへと前記燃料供給通路を通り流れる開位置及び高圧燃料が前記噴射ノズルへと前記燃料供給通路を通り流れることができない閉位置の間に駆動可能である遮断制御弁とを含み、前記遮断弁は、前記インジェクタへの燃料のパルス状噴射を行うように前記ニードル弁をその開位置にして、その開位置及び閉位置の間に作動可能である。
【００６２】
この遮断弁を組み入れた燃料噴射器もしくはインジェクタは、噴射されたパルスとパルスとの間でニードル弁を再着座する必要なしに、燃料のパルス状噴射が実現されることを可能にする。これは、燃料噴射の迅速な脈動を可能とすると共に、後に燃料の主噴射が続く燃料のパイロット噴射を果すのに特に有効である。
【００６３】
本発明の第２の形態の遮断弁について前に述べた好適な及び／又は随意的な特徴のうちのどの１つ以上も本発明の第３の形態の燃料インジェクタの好適な又は随意的な特徴として含まれうることが分かるであろう。同様に、本発明の第２又は第３の形態の好適な及び／又は随意的な特徴は、本発明の第１の形態の燃料噴射システムに好適な及び／又は随意的な特徴として組み入れることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
本発明の諸実施形態について、添付図面を参照し、以下にほんの一例として説明することとする。
【００６５】
本発明の背景として、図１及び図２は、既知の電子制御ユニットインジェクタ（ＥＵＩ）式及びコモンレール式の燃料噴射システムをそれぞれ示している。図１を参照すると、既知のＥＵＩ式装置１０は、インジェクタもしくは噴射器１２と、該インジェクタ１２の噴射ノズル１３に高圧で燃料の供給を行うための高圧燃料ライン１４とを含んでいる。典型的にはノズル制御弁１６（或いはニードル制御弁とも呼ばれる）の形態である制御弁手段は、噴射ノズル１３からの燃料の供給を制御するようにインジェクタニードル弁（図示せず）の運動を制御するべく配置されている。このニードル弁は、ニードル弁座部に係合可能であり、座部から離れるニードル弁の運動により、燃料は、噴射ノズル１３の１つ以上の出口を通って関連のエンジンシリンダ又はその他の燃焼スペースに流入することが可能になる。
【００６６】
ノズル制御弁１６は、高圧供給ライン１４及びインジェクタ制御チャンバ（図示せず）の間の連絡もしくは連通を制御するために、供給ライン１４と連通する更なる通路２０内に配置されている。ニードル弁の表面は、制御チャンバ内の燃料圧力に曝されており、そして制御チャンバ内の燃料圧力は、ニードル弁をその座部に押し当てる力を該ニードル弁に加える。
【００６７】
ノズル制御弁１６は、第１位置及び第２位置の間を可動である。ノズル制御弁１６が第１位置にあるとき、更なる通路２０は、インジェクタ１２の制御チャンバと連通し、該チャンバ内の高圧燃料がニードル弁の表面に作用する。ノズル制御弁１６が第２位置にあるとき、制御チャンバは低圧タンク（図示せず）と連通して更なる通路２０及び制御チャンバ間の連通がオフとなり、ニードル弁の表面に作用している制御チャンバ内の燃料の圧力は、減少する。従って、制御チャンバ内の燃料圧力を制御するノズル制御弁１６の作動は、座部に向かったり座部から離れたりするニードル弁の運動を制御する手段を提供している。
【００６８】
ＥＵＩ１０はまた、ポンプ構成部品即ち、プランジャ２６及びポンプチャンバ２４を有する、総括的に符号２３で引用されるポンプを含んでいる。プランジャ２６は、ポンプチャンバ２４内の燃料を加圧するように、カム２８を含むカム駆動装置の影響下にプランジャボア内を可動である。ポンプチャンバ２４は、高圧燃料ライン１４に連絡すると共に、逃し弁（spill valve)３２の制御下に付加的な通路３０を介して低圧燃料タンク（図示せず）と連通する。
【００６９】
使用時に、カム２８の回転は、プランジャ２６をボア内で内側に駆動してポンプチャンバ２４の体積を減少させる。逃し弁３２が開位置にあるとき、ポンプチャンバ２４は低圧燃料タンクと連通しているので、ポンプチャンバ２４内の圧力はプランジャ２６の運動によって実質的に影響されず、また、燃料は、プランジャ２６が往復動するときに、単に、ポンプチャンバ２４内に引き込まれたりそこから押し出されたする。逃し弁３２の閉止は、プランジャ２６がボア内で内側に駆動されてポンプチャンバ２４の体積を減少させるときに、ポンプチャンバ２４内の燃料圧力の上昇を生じさせる。ポンプチャンバ内の燃料が高圧力レベルにある作動ステップの間、ノズル制御弁１６は、次いで作動されて噴射を開始する。
【００７０】
図２は、複数の燃料噴射器もしくはインジェクタ１２ａ，１２ｂ（それらのうち２つが示されている）を含む既知のコモンレール式燃料システムを示しており、各インジェクタは、関連のノズル制御弁１６ａ，１６ｂと、関連の高圧燃料供給通路１４ａ，１４ｂとを含み、各通路は、コモンレール４２の形態の蓄圧室と連通している。コモンレール４２は、コモンレール燃料ポンプ４４から高圧燃料を供給されて、燃料システムのインジェクタの全てに供給するための燃料の累積貯留装置を提供している。使用時に、どれか１つのインジェクタによる加圧燃料の噴射のタイミングは、ＥＵＩ１０について上に述べたのと同様の方法で関連のノズル制御弁１６ａ，１６ｂの作動により行われる。
【００７１】
図１及び図２に示したようなＥＵＩ式燃料システム及びコモンレール式燃料システムの前述した限界は、本発明の燃料噴射システムにより対処されている。図３を参照すると、本発明の一形態に基づく燃料噴射システムの第１実施形態が示されている。この燃料噴射システムは、ニードル弁５５を有する噴射ノズルを含む、総括的に符号５０で引用されるインジェクタもしくは噴射器を含んでおり、その後端（図示の例における最端部）は制御チャンバ５７内の燃料圧力に曝されている。関連の高圧力供給通路又はライン５２は、燃料をインジェクタ供給チャンバ４９に燃料を供給する。インジェクタ５０は、ノズル又はニードル制御弁５４の形で関連の制御弁を有している。ノズル制御弁５４は、第１位置（以下、“閉”位置と称する）と第２位置（以下、“開”位置と称する）との間で作動可能である。“閉”位置にあるとき、インジェクタ制御チャンバ５７と低圧タンクとの間の連絡が“閉”じられ、インジェクタ制御チャンバ５７は高圧供給ライン５２と連絡する。“開”位置にあるとき、インジェクタ制御チャンバ５７と低圧タンクとの間の連絡が“開”き、高圧供給ライン５２及び制御チャンバ５７の間の連絡が中断される。スプリング５３は、制御チャンバ５７内に配置されていて、ニードル弁を着座位置に向かって付勢するように作用し、着座位置において、それはニードル弁座部と係合し、噴射は行われない。
【００７２】
制御チャンバ５７内の燃料圧力に曝されるのはニードル弁自体の表面である必要はなく、例えばニードル弁の延長部であるニードル弁と関連した表面が制御チャンバ５７内の燃料圧力に曝されてもよいことが分かるであろう。更に、チャンバ５７、従って、ニードル弁用スプリング５３は、ニードル弁自体から遠く離れて配置されていても、噴射の終了のためニードル弁を着座させるのに必要とされる閉止力を依然として提供することが可能である。更なる設計の選択肢は、スプリング５３を制御チャンバ５７内ではなく、他の場所に配置させることである。
【００７３】
燃料噴射システムはまた、適度に高く且つ噴射可能の圧力レベル（例えば、３００バール）で燃料をコモンレール５９の形の蓄圧室に供給するためのコモンレール用燃料ポンプ５８を含んでいる。読む人が習熟していれば理解されるであろうが、“コモンレール”という慣用句は、特定の形状又は構造の蓄圧室に限定されるのではなく、例えば線形、球形のような高圧燃料を貯留するその他の適当な形状とすることができる。圧力調整器６０は、コモンレール５９内の燃料の圧力を実質的に一定のレベルに維持するために設けられている。明瞭にするため、１つの燃料インジェクタ５０のみが図３のシステムに示されているが、実際には、多気筒エンジンにおいて複数のインジェクタにコモンレール５９から燃料を供給することができる。
【００７４】
コモンレール５９は、レール制御弁６２の形の電気的に作動可能の弁装置の制御下に、加圧流体をポンプチャンバ６４と連絡する通路もしくはレール圧力ライン６１に供給する。ポンプチャンバ６４は、駆動カム６８を含むカム駆動装置により駆動されるポンププランジャ６６を含むポンプ手段もしくはポンプ装置６３の一部を形成する。このシステムの各インジェクタ５０は、専用ポンプ装置６３を有しており、従って、専用ポンププランジャ６６及びカム６８を有している。インジェクタ５０及びその専用プランジャ６６は、いわゆるユニットポンプもしくはユニットインジェクタ装置になって、共通ユニット内に配置されるのが好都合である。各ポンプ装置６３のカム６８は、エンジン駆動軸により駆動される共通軸に装着されるのが代表的である。使用に際してプランジャ６６が駆動されるとき、それは、プランジャ６６がその関連のポンプチャンバ６４の体積を減少させる方向に運動するポンピング行程と、プランジャがポンプチャンバ６４の体積を増大させる方向に運動する戻り行程とを行う。プランジャ６６は、プランジャ戻り行程を行うためにプランジャ戻りスプリング（図示せず）を備えているのが典型的である。
【００７５】
電気的に作動可能なレ−ル制御弁６２は、関連のエンジンコントローラにより発生される電子制御信号に応答して作動されて、弁６２を第１位置及び第２位置間に移動させ、このようにして、高圧供給ライン５２に供給される燃料の圧力を制御することができる。図３において、燃料噴射システムは、レール制御弁６２がその開位置を選択していてコモンレール５９がポンプチャンバ６４と連通する第１作動状態にある。かかる状況下で、プランジャ６６の往復動は、チャンバ６４内の燃料圧力に関して実質的に何の影響も有していない。従って、レール制御弁６２が開位置にあれば、高圧供給ライン５２を経由してインジェクタ５０に供給される燃料の圧力は、典型的にはほぼ３００バールと思われるコモンレール５９内の燃料の圧力によって決定される。ノズル制御弁５４は、制御チャンバ５７及び低圧タンク間の連絡が閉じられると共に制御チャンバ５７が高圧供給ライン５２と連絡する閉状態にある。従って、制御チャンバ５７内の高圧力燃料のためにニードル弁５５の後端に作用する大きな力が存在しており、この力は、スプリング５３による力を助成して、燃料噴射を防止するためニードル弁５５を確実に着座させる。
【００７６】
図４を参照するに、レール５９内の燃料の圧力によって決定される第１の中程度の圧力レベル（Ｐ１）で燃料を噴射するため、ノズル制御弁５４は、作動されて開位置に移動しており、その開位置において、制御チャンバ５７と低圧タンクとの間の連絡が開かれ、それにより制御チャンバ５７内の燃料圧力が低下させられる。ニードル弁は、インジェクタ５０に供給された高圧力燃料によって１つ以上のニードル弁スラスト表面に作用する力のために、その座部から遠ざかるようにリフトさせられる。この第１噴射状態の間、燃料は、“中程度”の圧力レベルと称されてはいるが燃焼のために十分に高い噴射可能な圧力レベルである第１の圧力レベル（Ｐ１）でエンジン内に噴射される。
【００７７】
図５は、第２作動状態にあるときの図３及び図４の燃料噴射システムを示しており、この第２作動状態において、レール制御弁５２はその閉位置に移動してしまっていて、コモンレール５９からのレール圧力ライン６１とポンプチャンバ６４との間の連絡を遮断している。レール制御弁５２がこの閉位置にあると、カム６８の作用下にあるプランジャ６６の往復動は、ポンプチャンバ６４内の燃料圧力が第１の圧力レベル（Ｐ１）よりも高い第２の噴射可能の圧力レベル（Ｐ２）まで上昇することを可能にする。代表的には、この第２の圧力レベルは２０００〜２５００バールの間にある。レール制御弁５２が閉じており且つポンプチャンバ６４内の燃料圧力が第２の噴射可能圧力レベルであれば、ノズル制御弁５２は次いで作動されてその開位置に移動することができ、この開位置において、インジェクタ制御チャンバ５７は低圧タンクとの連通状態にされている。ノズル制御弁５４をその開位置に移動させることによって、ニードル弁は、前述したように、その座部からリフトされて、より高いこの第２の圧力レベルＰ２での噴射を可能にする。
【００７８】
従って、第１の中程度の圧力レベルＰ１での燃料の噴射のタイミングは、レール制御弁６２が開いている間のノズル制御弁５４の作動によって制御され、そして、より高い第２の圧力レベルでの燃料の噴射のタイミングは、レール制御弁６２が閉じている間のノズル制御弁５４の作動によって制御され、その状況において、ポンプ装置６３は、コモンレール５９により供給される燃料の圧力をより高い第２の圧力レベルＰ２まで上昇させるように作用する。第１及び第２の作動圧力の双方について、噴射が終了されるタイミングは、制御チャンバ５７及び低圧タンク間の連通を閉じるようにノズル制御弁５４をその閉位置に移動させることによって制御され、それによりインジェクタ制御チャンバ５７中に高燃料圧力を回復すると共に、ニードル弁を着座させる。
【００７９】
別の作動モードにおいて、より高い第２の圧力レベルでの噴射は、ノズル制御弁５４をその開位置に移動させると共に、ほぼ同時に、レール制御弁６２を開くことにより、終了させることができる。ノズル制御弁５４が開かれるのと同時にレール制御弁６２を開くことにより、高圧供給ライン５２及びインジェクタ５０内の圧力を減少させる（即ち、圧力は第１の圧力レベルＰ１に減少される）ポンプチャンバ６４及びコモンレール５９間の連通のためにニードル弁の閉止が支援される。
【００８０】
前述の記載から分かるように、このシステムは、２つの別異のモードを有しており、そのうちの１つにおいては、システムは、第１の中程度のレール圧力の燃料がインジェクタ５０に供給されるコモンレール式モードで作動し、もう１つにおいては、システムは、より高い第２のレベルの燃料がインジェクタ５０に供給されるＥＵＩ式モードで作動する。作動モードを第１及び第２の間で変えることにより、異なる噴射特性の範囲が得られることが分かるであろう。典型的には、例えば、噴射サイクルにおける燃料の主噴射は、ＥＵＩ式モード（より高い圧力モード）で作動することによってもたらされ、燃料のパイロット又はポスト噴射或いは後処理目的の噴射のような燃料の非主噴射は、コモンレール式モード（中程度の圧力レベル）で作動することによりもたらされうる。
【００８１】
図３〜図５における燃料噴射システムの特別な利点は、より高い第２の圧力レベルでの主噴射事象が後に続く第１の中程度の圧力レベルでの燃料のパイロット噴射からなる噴射事象が実現されうることである。後に燃料の主噴射が続くパイロット噴射のこの組合せはエミッションレベル及び騒音についての利点をもたらすことが分かった。
【００８２】
図３〜図５の燃料噴射システムの噴射特性を図解するために、図６は、燃料の主噴射が後に続くパイロット噴射を含む噴射事象について、時間Ｔの関数として燃料の噴射率Ｒの例を示している。どの所定噴射ノズルについての噴射率もノズルに供給される燃料の実際圧力に左右されると思われることが分かるであろう。
【００８３】
図６を参照すると、率Ｒ１での燃料の初期パイロット噴射Ａは、比較的に短い時間にわたり中程度のレール圧力Ｐ１で燃料を噴射することによって実現される。主噴射Ｂは、より大きな率Ｒ２及び圧力レベルＰ２で後に続いている。燃料のパイロット噴射については、噴射率Ｒ１は、ノズル制御弁５４をその開位置に運動させてインジェクタニードル弁５５を上昇させながらレール制御弁６２をその開位置に移動させると共に該レール制御弁６２をこの位置に維持することによって実現される。燃料のパイロット噴射は、ノズル制御弁５４を閉じて制御チャンバ５７内に高圧燃料を回復し、それによりニードル弁５５を着座させることによって実現される。
【００８４】
より高い第２の圧力レベルＰ２での噴射は、ポンプ装置６３をしてポンプチャンバ６４内の燃料圧力をコモンレール５９内の圧力よりも高いレベルまで上昇せしめるようにレール制御弁６２を閉じることによって引き起こされる。ノズル制御弁５４は、この第２の圧力レベルＰ２で燃料の主噴射Ｂを開始させるべく開かれると共に、前述したように主噴射を終了させるべく閉じられる。
【００８５】
前に言及したように、レール制御弁６２もまた、ノズル制御弁５４が開かれるのとほぼ同時に閉じられることができ、第２の圧力レベルＰ２での噴射の急激な終了を支援する。
【００８６】
また、図７に示すように、いわゆる“ブーツ形”噴射特性を有する燃料の主噴射はエミッションレベルにいついて特別の利点をもたらすことも分かった。ブーツ形の主噴射は、直ぐ後により高い率Ｒ２（ポンプチャンバ圧力Ｐ２）での燃料の噴射が続く第１の率Ｒ１（レール圧力Ｐ１）での燃料の初期噴射Ｃを含んでおり、ニードル弁をその上昇位置に維持するようにノズル制御弁５４をその開位置に保持しながら、レール制御弁６２をその開位置（レール圧力Ｐ１）及びその閉位置（高圧力Ｐ２）の間で移動させることにより実現される。
【００８７】
圧力レベルＰ１，Ｐ２及び噴射率Ｒ１，Ｒ２は、任意であり、図６及び図７の双方において同一圧力及び噴射率を表わす必要はないことが分かるであろう。
【００８８】
図３〜図５に示された燃料噴射の変形例では、コモンレール５９に燃料を供給するためのコモンレール燃料ポンプ５４を排除してもよく、代わりに、ポンプ装置６３自体を使用してコモンレール５９を第１の噴射可能の圧力レベルまでチャージすることができる。図８は、コモンレール燃料ポンプが設けられていない代替実施形態である。図３〜図５に示されたものと同様の諸構成要素は、同様の参照数字で表わされており、更に詳細に説明することはしないであろう。
【００８９】
図８を参照すると、コモンレール５９は、レール５９内の燃料の圧力を監視すると共に、レール５９内の燃料圧力の尺度である出力信号を発生するためのレール圧力センサ７０を備えている。低圧ポンプ７２は、開位置及び閉位置間に動作可能である電気的に作動可能の制御弁１６２、即ち、注入／逃し弁の制御下に燃料をポンプチャンバ６４に供給するため設けられている。注入／逃し弁１６２が開位置にあるとき、低圧ポンプ７２は、燃料を供給通路７６を介してポンプチャンバ６４に比較的に低い圧力Ｐ３で供給する。注入／逃し弁１６２が開位置にあるとき、ポンプ７２によるポンプチャンバ６４への燃料の供給は阻止されている。低圧ポンプ７２は、典型的には、エンジン回転数に依存する圧力レベル（移送圧力と称される）で燃料を供給するべく配置された移送ポンプの形をとることができる。
【００９０】
使用時に、注入／逃し弁１６２は、燃料が移送ポンプ７２から供給通路７６を経てポンプチャンバ６４に供給されるように、プランジャの戻り行程中に移動されてその開状態に入る。プランジャ６６がポンピング行程の間カムにより駆動されるときに、注入／逃し弁１６２が閉じられ、そしてポンプチャンバ６４内の燃料の圧力は、移送圧力よりは高いが高圧コモンレール式ポンプにより達成されるであろう圧力よりは低いのが典型的なレベルまで、増大される。この期間中、レール制御弁６２がその開位置に保持されていれば、第１の噴射可能圧力レベルにある燃料がコモンレール５９に供給される。この第１の噴射可能圧力レベルにある燃料はまた、高圧供給ライン５２にも供給される。この作動状態中のポンプチャンバ６４内の燃料の圧力は、典型的には、３００〜１０００バールの中程度の圧力レベルにある。
【００９１】
注入／逃し弁１６２が閉じられ、レール制御弁６２もまた閉じられていれば、ポンプチャンバ６４内の燃料の圧力は、第１のレベルよりも高い第２の圧力レベルまでプランジャ６６のポンピング行程中に増大されるであろう。典型的には、この第２の噴射可能圧力レベルは２０００〜３０００バールでありうる。
【００９２】
第１及び第２の作動モードの間、噴射の開始は、制御チャンバ５７にある燃料が低圧に流れることができるように、ノズル制御弁５４を作動してその開位置へと移動させ、そうしてニードル弁５５を開くようにすることによって制御される。噴射は、高い燃料圧力が制御チャンバ５７内に回復されるようにノズル制御弁５４を作動してその閉位置へと移動させることにより、終了される。
【００９３】
従って、図８の燃料噴射システムは２つの識別可能な作動モードを有すると重ねて考えることができる。第１の作動モードにおいて、システムは、レール制御弁６２が開いているためプランジャの移動がポンプチャンバ６４中の圧力レベルに対して最小の効果を有するか又は何らの効果を有しないコモンレール式モードで作動し、そして第１の中程度のレール圧力（Ｐ１）の燃料がインジェクタ５０に給送される。第２の作動モードにおいて、システムは、レール制御弁６２が閉じているためプランジャの移動が圧力レベルを第２の高い圧力（Ｐ２）まで増大させるＥＵＩ式モードで作動し、そしてこの高い圧力の燃料がインジェクタ５０に給送される。
【００９４】
レール制御弁６２及び注入／逃し弁１６２の作動の相対的タイミングは、燃料が、ポンピング行程中にポンプチャンバ６４内で加圧され、そして“開”の注入／逃し弁を介して移送ポンプ７２に簡単に戻らないことを確実とし、また、第２の圧力レベルへの加圧が所要時に（即ち、レール制御弁６２を閉じることにより）起こることを確実にすることが重要であることが分かるであろう。実際に、例えば、弁１６２，６２が開いている時間並びにそれらの開閉の相対的タイミングは、事前記憶した情報を含む参照用テーブル又はデータマップに基づいてエンジンコントローラにより発生される制御信号により制御されるであろう。エンジン燃料補給目的のための参照用テーブル及びデータマップの実行はこの技術分野に習熟した者にとって普通のことであろう。
【００９５】
噴射を終了するノズル制御弁５４の作動の代替案として、図８のシステムでは、供給ライン５２内の比較的に高い燃料圧力を注入／逃し弁１６２の作動を通じて解放することにより噴射を終了することが可能である。この方法による噴射の終了は、噴射の“逃し式”終了もしくは噴射の“逃し終了”と呼ぶことができる。プランジャ６６のポンピング行程中に、また、噴射が生ずるようにニードル弁５５が上昇された状態で、注入／逃し弁１６２がその開位置に移動されれば、ポンプチャンバ６４内の燃料は、インジェクタ５０への供給ライン５２における燃料の圧力が減少されるように、通路７６を移送ポンプ７２へと逆流させられる。このような状況において、高圧供給ライン５２を通り供給チャンバ４９に給送される燃料圧力によりニードル弁にかかる開放の力は減少され、これはスプリング５３による力と組み合わさって、ニードル弁を着座させ、噴射を終了する。従って、噴射の終了は、ノズル制御弁５４がその開位置に留まっていてさえ、実現されることができる。このようにして噴射を終了することは、供給ライン５２における加圧燃料のために開方向に作用する高い液力に抗して閉じるようにニードル弁５５を強制する必要が何もないので、燃料噴霧形成のためになり、従って、エミッションレベルのためになることが分かった。
【００９６】
噴射を終了する更なる代替方法として、ノズル制御弁５４は注入／逃し弁１６２が開かれるのと同時に又はほぼ同時に作動され、その結果、開いた注入／逃し弁１６２による高圧供給ライン５２内の燃料圧力の減少は、ニードル弁５５の後にある制御チャンバ５７と低圧タンクとの間の連絡を開いておくことにより補完される。従って、この方法における噴射の終了は、逃し終了噴射及びノズル制御弁作動の組合せである。
【００９７】
図８の燃料噴射システムの更なる特徴は、コモンレール５９内に貯留されている燃料の圧力を減少させたければ、この減少が注入／逃し弁１６２が開くときにレール制御弁６２を作動して開き、それによりレール５９内の加圧燃料が移送ポンプ７２に流れるのを許容することによって実現されうることである。圧力センサ７０により発生された出力信号７０は、エンジンコントローラに供給され、次いでこれが制御信号をレール制御弁６２及び注入／逃し弁１６２に供給し、レール内の燃料圧力を解放したいときにそれらを開かせるようにする。
【００９８】
図３〜図５に示した実施形態と図８のものとの間の別の差異は、図８において、ポンププランジャ６６が“異形”のカム表面をもつカム１６８を有するカム装置によって駆動されることである。カム１６８は、プランジャ６６の戻り行程が“中断”されるような形に作られており、従って、プランジャ運動について多数の個々のステップを含んでいる。このシステムのカム１６８の各々は、同様の仕方で形作られており、また、共通のカム軸に装着された複数のカムは、１つのプランジャの戻り行程中のプランジャ運動の各ステップがシステムの他のプランジャの１つのポンピング行程と実質的に同期するように、互いに方向付けられている。
【００９９】
各カム表面は上げ側面(rising flank)を含むように形作られるので典型的であり、カム表面の残りは、戻り行程運動の隣合うステップの間にある又は隣合うステップを分ける、関連プランジャの戻り行程における中断の間隔を画定するように作用する異形もしくは不整表面を含んでいる。好ましい外形の一つでは、各カム表面は、関連の戻り行程を通して多数の運動ステップを画定するように形作られており、その数は、関連のカムが共通の駆動軸を共用しているその他のプランジャの数に等しい。しかしながら、代替案として、戻り行程におけるステップの数はポンプにおけるその他のプランジャの数よりも１つ少なくてよい。
【０１００】
この方式のカム装置のより詳細な説明は、本出願人の同時係属する英国特許出願第０２２９４８７．２号明細書に与えられており、その全内容は参照によりここに組み込まれる。カムが位相調整された、ステップ状の戻り行程運動をもたらすように形作られているカム装置を使用する利点の一つは、カムシャフトにかかるトルク荷重の反転（即ち、正及び負のトルク荷重間の変化）が減少することである。カムシャフトにかかるピークトルク荷重も減少する。更に、システムにおけるポンプチャンバ６４の全流体体積が作動の全段階で比較的に一定のレベルに維持されるので、この全体積内の高圧レベルの変動が制限され、従って、全体積をもっと少なくすることができる。
【０１０１】
ステップ状の戻り行程運動をもたらすように形作られたカムを各プランジャが備える代替案として、２つ以上の丸い突出部、即ちローブを有するカムが各プランジャを駆動するために使用されうる。ツインローブカムの使用については、例えば、第１のカムローブは、ＥＵＩ式の作動モード（レール制御弁６２は閉）の間、ポンプチャンバ６４内の燃料を第２の噴射可能圧力レベルＰ２まで加圧するためのプランジャ６６の第１のポンピング行程を行うために使用し、第２のカムローブは、システムのコモンレール式の作動モード（レール制御弁６２は開）の間、ポンプチャンバ６４内の燃料を第１の噴射可能圧力レベルＰ１まで加圧するためのプランジャ６６の第２のポンピング行程を行うために使用しうる。第１のカムローブにより行われるプランジャの第１のポンピング行程の一部のために、第２の圧力レベルＰ２への加圧は、レール制御弁６２を閉じることにより起こり、レール圧力を補う第１の圧力レベルへの加圧もまた、第１のポンピング行程のために、行程を抜ける途中でレール制御弁６２を開くことによって可能である。第１の圧力レベルまでの加圧を補うのに使用される第１のポンピング行程の一部は、第２の圧力レベルでの噴射が行われている期間外に起こることが分かるであろう。
【０１０２】
図３〜図５及び図８における燃料噴射システムの更なる代替実施形態として、３つの異なる作動位置を有する弁を設けて、供給ライン５２を介してインジェクタ５０に供給される燃料圧力のレベルを制御することができる。図９〜図１１を参照すると、総括的に符号２６２で引用される３位置弁が燃料噴射システムに含まれている。この３位置弁２６２は、２位置レール制御弁６２の代わりに、図３〜図５のシステムに含めることができ、或いは図８のシステムにおいてレール制御弁６２及び注入／逃し弁１６２の代わりに含めることができる。
【０１０３】
以下の記載では、３位置弁２６２がレール制御弁６２の代わりに図３〜図５のシステムに含められることを前提としており、同様の参照数字は同様の部分を表わしている。３位置弁２６２は、レール圧力ライン６１がインジェクタ５０への高圧供給ライン５２と連絡する（コモンレール式モード）図１０に示すような第１位置１と、高圧供給ライン５２が戻りライン７４を介して低圧タンク７６と連絡する第２位置２と、戻りライン７４及び高圧ライン５２間の連絡が断たれていると共に、レール圧力ライン６１及び高圧供給ライン５２間の連絡が断たれている（ＥＵＩ式モード）第３位置３との間に動作可能である。
【０１０４】
３位置弁は、内側弁部材８０と、電磁巻線８４も含んでいる電磁式アクチュエータのアーマチュア８２に結合された外側弁部材９０とを含んでいる。３位置弁は、内側弁部材８０を強制してそれがストッパ表面８８と係合する位置に入れるように配された内側弁スプリング８６の形のスプリング手段を含んでいる。内側弁部材８０は、外側弁部材９０の貫通孔を貫いて延びると共に同貫通孔内を滑動可能であり、また、ストッパ表面８８に隣接するその端部に複数の切欠き領域を備えていて、戻りライン７４内への燃料の流路９９を画成している。外側弁部材９０は、更に後述するように、弁２６２の位置に基づいて燃料の諸流路をそれぞれ画成する第１及び第２の横断穿孔９６，９８を備えている。
【０１０５】
弁２６２は、それぞれ第１，第２及び第３のハウジング部分１０１，１０３及び１０５から構成されている。第１のハウジング部分１０２の表面は、内側弁部材８０のためのストッパ表面８８と、外側弁部材９０のための第１の弁座部１００とを画成している。３位置弁２６２のスプリング手段はまた、外側弁部材９０と関連付けられた外側弁戻しスプリング９２を含んでおり、これは、外側弁部材９０を強制して第１の座部１００との係合状態にするように作用する。外側弁部材９０のための第２の弁座部１０２は、内側弁部材８０により画成され、外側弁部材のための第３の弁座部は、ハウジング１０３にあるボアの表面により画成される。
【０１０６】
外側弁部材９０がリフトされて第１の弁座部１００から離れるときに、外側弁部材９０の運動が内側弁部材８０に結合されるかどうかに基づいて、外側弁部材９０は、高圧ライン５２と戻りライン７４との間の燃料流を制御するために第１及び第３の弁座部１００，１０４と係合可能であると共に、高圧燃料ライン５２及びレール圧力ライン６１との間の燃料流を制御するために第２の弁座部１０２と係合可能である。
【０１０７】
外側弁部材９０は、外側弁スプリング９２により第１の弁座部１００との係合位置に強制され、この位置において、外側弁部材９０は第２の弁座部１０２から離間している。巻線８４が消磁されると、外側弁部材９０は第１の弁座部１００と係合するが、第２の弁座部１０２からは離間しており、そして内側弁部材８０がストッパ表面８８と係合する。これは（図１０に示すように）弁２６２の第１の作動位置１であり、この位置においてレール圧力ライン６１は、外側弁部材９０にある横断穿孔９６，９８によりインジェクタ５０への高圧ライン５２と連絡している。
【０１０８】
弁２６２がこの第１の弁位置にあるときにノズル制御弁５４が作動されれば、その結果、エンジンに噴射される燃料の圧力は、前述したように、第１の中程度のレール圧力Ｐ１にある。
【０１０９】
第１の励磁レベルへの巻線８４の部分的励磁の際、アーマチュア８２に加えられた力は外側弁部材９０を外側弁戻しスプリング９２の力に抗して移動させるので、外側弁部材９０は移動して第１の弁座部１００から離れ、そして外側弁部材９０の外表面は内側弁部材８０により画成された第２の座部１０２との係合状態にされる。内側弁戻しスプリング８６による力は十分に大きいので、確実に、内側弁部材８０はストッパ表面８８に当たって着座したままになる。従って、燃料は第２の座部表面１０２を通り流れることが最早できないので、レール圧力ライン６１及び高圧供給ライン５２の間の連絡は断たれる。
【０１１０】
しかし、外側弁部材９０が移動し第１の弁座部１００から離れてしまったときに、高圧ライン５２は、内側弁部材８０の端部に画成された流路９０を介して戻りライン７４との連通状態にされている。弁２６２のこの作動状態は、図１０に示すように、“第３の弁位置”と称される。座部１０２，１０４は、この第３の弁位置において、外側弁部材９０が第３の座部１０４から離間したままとなって高圧ライン５２内の燃料が戻りライン７４へと確実に流れることができるように配列され位置決めされていることが分かるであろう。
【０１１１】
巻線がより高い励磁レベルに励磁されるときに、アーマチュア８２には内側弁戻しスプリング８６による力に打ち勝つのに十分な力がある。これにより、第１の座部表面１００から離間する外側弁部材９０の更なる運動が生じると共に、加えて、外側弁部材及び第２の座部１０２間の係合のため外側弁部材９０の運動が内側弁部材８０に結合される。内側弁部材８０との外側弁部材９０の結合は、内側弁部材８０が上昇してストッパ表面８８から離れる原因となる。外側弁部材９０は第３の座部１０４との係合状態にされる。これは、第２の弁位置と称されるべきであり、この位置において、高圧供給ライン５２と戻りライン７４との間の連絡が断たれるように、燃料は第３の座部１０４を通って流れることができない。レール圧力ライン６１と高圧供給ライン５２との間の連通は、弁８０，９０が第２の座部１０２に係合したままであるため、断たれたままであり、従って、プランジャ６６によるポンピングの結果として第２のより高い圧力レベル（Ｐ２）がポンプチャンバ６４において実現されるのはこの位置（位置２）である。
【０１１２】
図９〜図１１における３位置弁２６２は、図３〜図５に関して説明したのと同じ方法で燃料噴射システムを作動する手段を提供していることが分かるであろう。加えて、レール圧力ライン６１（延いては、コモンレール５９）における圧力を中程度のレール圧力に維持しながら、弁２６２を第３の作動位置にして、高圧供給ライン５２と戻りライン７４との間の連通を開くことができるので、逃し終了式(spill-end type)の噴射を使用して噴射を終了することも可能である。弁２６２を移動して第３の作動位置にすることにより、高圧供給ライン５２における燃料の圧力が減少され、ニードル弁５５はスプリング５３の力の下で閉じられる。従って、噴射の終了は、必要に応じて、ノズル制御弁５４を作動することなく行うことができる。これは噴射の末期における改善された燃料噴霧の形成をもたらしうることが分かった。
【０１１３】
噴射を終了するため３位置弁２６２を移動してその第３の位置にすることに加え、ノズル制御弁５４はまた、必要に応じて、噴射のより迅速な終末を実現するように同時に作動されうる。
【０１１４】
図９〜図１１に示す３位置弁は、３つの所望の作動位置１，２，３を実現する弁構造の一例であるが、これを実現するためにその他の弁構造もまた考えられる。例えば、代替実施形態において、内側の弁８０は、外側弁部材９０が部分的な励磁条件下で内側弁部材８０と共に移動するように結合された状態で、アーマチュア８２に結合されうる。本出願と同時に出願された別の欧州特許出願は、この形式の３位置弁２６２についてのその他の可能な構造を詳細に記載している。
【０１１５】
前に図示し説明したものに対する更なる代替実施形態は、図１２に示されている。図８に示したものと同様の部分は、同様の参照数字で表わされており、更なる詳しい説明はしないであろう。この実施形態において、レール制御弁６２が前に述べたように設けられていて、ポンプチャンバ６４がコモンレール５９と連通するかどうか制御する。更に、戻り止めスプリング３６４を有する逆止弁３６２が設けられていて、これが移送ポンプ７２及びポンプチャンバ６４間の連通を制御する。逆止弁３６２は、その両端間の燃料圧力差に応じて液圧で作動可能である。ポンプチャンバ６４における燃料圧力が減少しつつあるときのプランジャ６６の戻り行程の間、移送ポンプ７２により供給される燃料の圧力は、戻り止めスプリング３６４の力を超克するのに十分であるから、逆止弁３６２は開き、燃料は移送ポンプ７２からポンプチャンバ６４に供給される。ポンププランジャ６６が駆動されてそのポンピング行程を行うときに、ポンプチャンバ６４中の燃料の圧力が上昇され、逆止弁３６２は閉弁せしめられ、そしてポンピングの続行によりポンプチャンバ６４内の燃料の圧力は更に上昇する。
【０１１６】
前述したように、レール制御弁６２がその開状態にあれば、ポンプチャンバ６４内の燃料の圧力は第１の中程度のレール圧力まで加圧されるが、レール制御弁６２が閉弁されていれば、ポンプチャンバ６４内の燃料圧力はより高い第２のレベルまで上昇されるであろう。
【０１１７】
第１の中程度のレール圧力レベルＰ１で燃料を噴射するために、レール制御弁６２はポンプチャンバ６４がコモンレール５９と連通するように開弁される。より高い第２の圧力レベルＰ２で燃料を噴射するために、レール制御弁６２は閉弁されるので、ポンプチャンバ６４とコモンレール５９との間の連通は断たれる。
【０１１８】
従って、図１２の実施形態におけるレール制御弁６２及び逆止弁３６２の組合せは、図８におけるレール制御弁６２及び注入／逃し弁１６２と同様の作用を行い、また、図９〜図１１に関連して説明した３位置弁と同様の作用を行う。しかしながら、図８の実施形態における注入／逃し弁１６２及び図９〜図１１の実施形態における３位置弁２６２は、それらの使用によりレール圧力が移送ポンプ７２に逆に逃げるのを許容する点で、追加の制御度を提供する。しかし、図８におけるレール制御弁６２及び注入／逃し弁１６２の代わりに、又は図９〜図１１の３位置弁２６２の代わりに逆止弁３６２及びレール制御弁６２を単に組み込んでも、逃し終了（spill-end)噴射に対する選択肢を提供していない。前述したように、噴射ノズル内の加圧燃料による大きな力に逆らってニードル弁５５を強制し閉じることによる噴射の終了は結果として望ましくない燃料噴霧形成を生じうるので、逃し終了技術を用いる噴射の終了は有利であることが認められた。従って、レール制御弁６２及び逆止弁３６２の組合せが好ましいシステム（図１２のように）において、追加の高圧遮断弁装置がこのシステムに含まれるのが望ましい。
【０１１９】
図１２に示した実施形態において、従って、燃料噴射システムは、制御弁１１の形の制御弁手段と、高圧供給ライン５２内に配された遮断弁装置４６２とを備えている。制御弁１１は、遮断弁４６２に関連付けられた制御チャンバ１５７内の燃料圧力を制御するように配置されていて、それにより、詳細に後述するようにインジェクタニードル弁の運動を制御する。ニードル弁の運動を制御するためのこの構成は、前に記載した幾つかの実施形態とは、ニードル弁の後端でのインジェクタ制御チャンバ５７内の燃料圧力を制御するのにノズル制御弁５４を設ける代わりに、制御弁１１が高圧ライン５２を通るノズルへの燃料流を制御するように作用する点で異なっている。図１２の実施形態において、ニードル弁の後端にあるチャンバ１５３は、ニードル弁スプリング５３を収容するためのチャンバを単に形成しており、燃料を噴射するためにニードル弁がその座部からリフトされるかどうかは、遮断弁４６２の開閉により決定される。
【０１２０】
高圧遮断弁４６２と、制御弁１１及びインジェクタニードル弁５５に関するその構造の実用的な一実施形態は、図１３にもっと詳細に示されている。遮断弁４６２は、インジェクタの供給チャンバ４９への高圧供給ライン５２内に配設された遮断弁部材４６４を含んでいる。ニードル弁５５の後端にあるチャンバ１５３は、ニードル弁５５を強制して閉位置にするように作用するスプリング５３を収容している。ニードル弁５５、チャンバ１５３及び遮断弁４６４は、隣接し装着されたハウジング部分１０６，１０８，１１０に収容されていることが図１３から分かる。
【０１２１】
遮断弁部材４６４は、制御弁１１の制御を受けてハウジング部分１１０に形成された段付きボア１２１内を可動である。図１２及び図１３に示した作動状態において、遮断弁部材４６４は第１の位置（“閉じた”作動位置）にあり、この位置において遮断弁部材４６４は、、高圧供給ライン５２を通るインジェクタ供給チャンバ４９への燃料の流れが防止されるように、ハウジング部分１０８の表面に画成された遮断弁座部１１２と係合する。遮断弁部材４６４は、遮断弁座部１１２から離れて第２の位置（“開いた”作動位置）に入るように可動であり、この位置において、高圧供給ライン５２を通るインジェクタ供給チャンバ４９への燃料の流れが許容される。
【０１２２】
制御弁１１は、高圧供給ライン５２からの分岐通路１５２が遮断弁部材４６４の後端で制御チャンバ１５７と連通すると共に、制御チャンバ１５７及び低圧タンク間の連通が閉じられる第１の位置（以降、閉位置と称する）と、チャンバ１５７がドレン通路１１６を通る低圧タンクと連通すると共に、分岐通路１５２及びチャンバ１５７の間の連通が断たれる第２の位置（以降、“開”位置と称する）との間を可動の制御弁部材１１１を有している。図１３における縮尺からは十分に分からないが、制御弁部材１１１は、その閉位置にあるときに、第１の座部１１８と係合してチャンバ１５７及びドレン通路１１６間の連通を断ち、そしてその開位置にあるときに、第２の座部１２０と係合して制御チャンバ１５７及びドレン通路１１６間の連通を開くと共に、分岐通路１５２及び制御チャンバ１５７間の連通を断つ。
【０１２３】
遮断弁部材４６４は、該弁部材４６４の上側及び下側端部領域４６６，４６８のそれぞれの表面に作用する液圧力に呼応して、その開位置及び閉位置の間を可動である。遮断弁部材４６４は、異なる直径の上側及び下側領域を含むように形作られている。上側端部４６６は、制御チャンバ１５７内の燃料圧力に曝される第１有効表面積を有する。下側端部領域４６８は、遮断弁部材４６４がその閉位置にあるときに高圧ライン５２内の燃料圧力に曝される環状の形の表面領域を画成しており、そして遮断弁部材がその開位置にあるとき、第２有効表面積は高圧ライン５２における燃料圧力に曝される。上側端部領域４６６の第１有効表面積は、下側端部領域４６８のこの第２有効表面積よりも大きい。ボア１２１にある段部の領域に画成された通路（gallery)１２２は、流体固着(hydraulic lock)の発生を阻止するように、低圧へのドレン通路１１６と連続的に連通する。
【０１２４】
使用時、遮断弁４６２の機能は、コモンレール方式及びＥＵＩ方式の作動モード（即ち、第１及び第２の噴射可能圧力レベルにある）におけるのと基本的に同一である。制御弁部材１１１がその開位置に移動され、それが第２の座部１２０に着座されれば、制御部材１５７は低圧タンクと連通し、従って、遮断弁部材４６４は、その下側端部の曝された環状の表面領域に作用する供給ライン５２内の高い燃料圧力（圧力Ｐ１であってもＰ２であっても）のために、遮断弁座部１１２から離れるように強いられてその開位置に入る。更に、遮断弁部材４６４が開き始めるときに、最下端部表面は、高圧ライン５２の下流側部分において強まる圧力に遭遇するであろうから、究極的に、遮断弁部材４６４の全端部表面（即ち、第２有効表面積）はライン５２における高い燃料圧力に曝される。制御弁部材１１１が移動されてこの開状態にはいるときに、第１又は第２の噴射可能圧力レベルのどちらかにある燃料は、従って、開いた遮断弁２６２を通り、インジェクタ供給チャンバ４９への供給ライン５２に流入することができる。供給チャンバ４９に、従って、インジェクタの下流側部分に燃料の圧力が送られるので、力がニードル弁５５に加えられ、これは、スプリング５３の閉止力に打ち勝つのに十分であり、従って、燃料はエンジンに噴射される。
【０１２５】
制御弁部材１１１が移動されて、その閉位置にはいり、そこで制御弁部材１１１が第２の座部１２０から離れると共に第１の座部１１８に着座せしめられると、高圧供給ライン５２内の高圧燃料は、分岐通路１５２を通り、遮断弁部材４６４の上側端部４６６で制御チャンバ１５７に流入することができる。遮断弁部材４６４のその上側端部４６６での第１有効表面積は、遮断弁部材４６４のその下側端部４６８での第２有効表面積（即ち、高圧ライン５２内の燃料圧力に遭遇する表面積）よりも大きいので、これは、遮断弁部材４６４を遮断弁座部１１２に押し当てて“プラグタイプ”方式で閉位置にするであろう。その結果、インジェクタ供給チャンバ４９への高圧供給ライン５２を通る燃料の流れは中断され、そのため、ニードル弁５５は、インジェクタ５０内の減少した燃料圧力に打ち勝つスプリング５３の力によって、強制的に閉じられる。
【０１２６】
制御弁１１が噴射を終了するため作動された場合、インジェクタ５０に送られる燃料の圧力は、噴射が関連のエンジンシリンダに続く限りは、迅速ではあるが自然に減少するであろう。ある時点に達すると、ニードル弁スプリング５３による力（チャンバ１５３内のどんな燃料圧力による力も組み合わさる）がニードル弁５５をその座部に移動させるのに十分になり、従って、噴射が終了される。この方法における噴射の終了は、ニードル弁５５がインジェクタ５０内の減少しつつある或いは減少した燃料圧力に抗して閉弁を強いられる点で噴射の逃し式終了と同様の特性を有している。
【０１２７】
実際に、ニードル弁スプリング５３の力は、ニードル弁５５が部分揚程であるときに高圧燃料が供給ライン５２を通りインジェクタ５０に実質的に流れないことを確実にするために実行可能な限り小さく設定されるのが好ましい。このような方法で、ニードル弁５５が部分揚程であるときには実質的に燃料の噴射がない。典型的には、スプリング５３は、高圧供給ライン５２における燃料の圧力が、初期に中程度のレール圧力であっても或いはより高い第２の圧力レベルであっても、ニードル弁５５が閉じ始める前に約２００バールまで減少するように設定される。換言すれば、燃料圧力が２００バール以下に減少するときに、スプリング５３による力は、この燃料圧力に逆らってニードル５５を着座させるのに十分である。閉止中、ニードル弁５５が部分的にリフトもしくは上昇した位置（即ち、部分閉止）にある状態では、噴射ノズル出口を通る相当に減少した噴射量が存在し、従って、噴射に利用可能な燃料の圧力は、ニードル弁が閉じるにつれて非常に減少する。
【０１２８】
しかしながら、スプリングに対しては、燃焼中のシリンダガス圧力がニードル弁５５を着座させないことが確実にできないようにするのに十分であるという要求が存在するので、スプリング力をどの程度低くできるかに関しては限界があることが分かるであろう。
【０１２９】
図１３の遮断弁の特別な利点は、遮断弁４６２の座部１１２及び遮断弁部材４６４の階段状直径が製造目的のために特別に都合の良い弁構造を提供することである。
【０１３０】
図１３に示した遮断弁４６２の代替実施形態において、遮断弁部材４６４は、弁４６２の上流側の圧力に対して実質的に圧力平衡することができるので、制御チャンバ１５７内の燃料圧力に曝される弁４６４の上側端部の第１有効表面積は、高圧ライン５２内の燃料圧力に曝される弁部材４６４の下側端部領域４６８の第２有効表面積と実質的に同一である。この実施形態において、制御弁１１が移動してその閉位置（この位置において高圧ライン５２はチャンバ１５７と連通する）に入ったときに遮断弁４６４を閉弁させるのに必要な力の不平衡状態をもたらすために、適当な閉止スプリングを設けることができる。
【０１３１】
更に別の代替実施形態において、遮断弁４６２は、その第１及び第２有効表面積の適切な設定によって、制御チャンバ１５７に供給される燃料が高圧燃料ライン５２を通り供給される燃料よりも低い圧力にあるように形作ることができる。
【０１３２】
ニードル弁５５、インジェクタチャンバ１５３及び遮断弁部材４６４は、図１３の実施形態において隣り合うハウジング部分１０６，１０８，１１０内に収容されているが、実際には、これらの構成要素５５，１５３，４６４は、互いに離間している部分内に配設してもよく、或いは代わりにその他の構成要素のうちの１つ以上に共通のハウジング部分内に配設されていてもよいことが分かるであろう。
【０１３３】
図１４は、遮断弁の代替構造を示している（この場合も圧力平衡されていない）。図１４において、遮断弁部材１４６４は、第１直径を有する上側端部４６６を含み、これは、図１３の実施形態と同様に、制御チャンバ１５７内の燃料圧力に曝される表面を画成している。しかしながら、第２直径を有する弁部材１４６４の下側端部４６８は、ドレン通路１１６と連通関係にあるチャンバ１２３内の燃料圧力に曝されている。弁部材１４６４の上側端部４６６の第１直径は、弁部材１４６４の下側端部の第２直径よりも大きい。弁部材１４６４は、その第１及び第２直径領域４６６，４６８のところでボア１２１内をガイドされる。実質的に部分円錐形の座面１２７は、第１及び第２端部領域４６６，４６８の間にある遮断弁部材１４６４の中間領域により画成されると共に、実質的に平らな遮断弁座部１１１２と係合可能である。座面１２７及び遮断弁座部１１１２は、それらが弁部材１４６４の下側領域４６８の第２直径（又は“ガイド”直径）に実質的に等しい直径を有する環状領域の上に係合するように、形作られている。
【０１３４】
この実施形態において、弁部材１４６４の第１有効表面積は、弁部材１４６４の上側端部４６６により画定され、第２有効表面積は、座面１２７の差分面積（即ち、上側及び下側端部４６６，４６８間の直径の差により決定される通りの、弁部材１４６４が着座したときに高圧ライン５２内の燃料が作用する面積）によって画定される。
【０１３５】
図１３の実施形態と同様に、制御弁１１が、遮断弁部材１４６４を移動して座部１１１２との係合状態になるように、作動されれば、高圧供給ライン５２内の燃料は、インジェクタ５０の供給チャンバ４９に流れることができない。制御弁１１が、遮断弁部材１４６４を移動して座部１１１２から離すように、作動されれば（即ち、チャンバ１５７を減圧する）、高圧供給ライン５２内の燃料は、供給チャンバ４９に流れることができる。
【０１３６】
図１４における遮断弁の実施形態の利点は、弁部材１４６４に作用するどんな不平衡力も、どんなときでも、即ち、弁１４６４がその開及び閉位置にある状態でも、実質的に同じであることである。遮断弁部材１４６４がその着座位置にあるとき、円錐表面１２７の外側部分は、高圧供給ライン５２を通りボア１２１に入る流れに曝されるであろう。遮断弁部材１４６４が移動を始めて座部１１１２から離れるので、環状のチャンバ１２５は開放されて供給ライン５２からの高圧燃料を受け入れ、従って、燃料は、このチャンバ１２５を通り高圧供給ライン５２の下流側部分に流れる。しかしながら、開放中に弁部材１４６４に作用する正味液圧力には何の変化もない。従って、弁４６２の開閉により制御されている燃料の流れ（即ち、高圧供給ライン５２を通る流れ）は、弁部材１４６４に関し、それが開いているときに何の液圧的影響も有していない。
【０１３７】
これと比較して、図１３の実施形態の遮断弁部材１４６４が開き始めるときに、供給ライン５２内の高圧燃料は、弁部材４６４の下側端部の全端面に影響を及ぼすであろう。円錐座部１２７、従って、供給ライン５２から高圧燃料を受ける環状のチャンバ１２５を組み入れた遮断弁設計は、遮断弁部材１４６４に作用する力の平衡を改善することが分かった。
【０１３８】
図１４の実施形態の遮断弁の更なる特徴は、表面１２７の差分面積（即ち、弁部材１４６４が着座するときにライン５２内の高圧に曝される面積）は、制御弁１１が閉じられているときにチャンバ１５７が再加圧される際に高燃料圧力に遭遇する上側領域４６６のもっと大きな有効面積と比較して小さい。比較的に小さな“開放”面積及び比較的に大きな“閉止面積”の組合せは、少量の燃料のみが供給される燃料のパイロット噴射を可能にするために特に有利である。
【０１３９】
図１４における遮断弁１４６２の有利な特徴は、符号１１１２で示すような実質的に平らな座部とは反対に、切頭円錐形の弁座部が使用されれば、適切な差分面積を有する遮断弁部材１４６４を設けることにより、実現されうることが分かるであろう。
【０１４０】
図１３又は図１４のどちらにでも示すように、遮断弁装置４６２の更なる利点は、ニードル弁５５がリフトされた上昇位置にある間にエンジンへの燃料の“パルス状”噴射を実現することが可能であることである。これは、遮断弁４６２をその開位置及び閉位置の間に迅速に運動させて、供給ライン５２を介する高圧燃料の供給が中止されるか又は変更されるように制御弁１１を制御することにより実現されうる。インジェクタ５０への燃料の供給が中止されたときに、噴射は中断されるか又は著しく減少される。
【０１４１】
例えば、制御弁１１が作動されて遮断弁４６４，１４６４を開けば、燃料がインジェクタ５０に供給され、そしてニードル弁５５がその座部から上昇して、噴射が始まる。その後、制御弁１１は、迅速に切り換えられて遮断弁４６２を閉じさせ、インジェクタへの燃料の流れを停止させ、次いで迅速に切り換えられて遮断弁４６４，１４６４を開き、インジェクタ５０への燃料流を再度可能にする。ニードル弁５５の応答は遮断弁４６２のそれよりも遅く、従って、制御弁１１のこれら全作動ステップを通して、ニードル弁５５はニードル弁座部に再着座しない。従って、燃料の噴射は中断される。
【０１４２】
この方法は、例えば図６に示すように、後に燃料の主噴射があるパイロット噴射を行うのに特に有効であり、このようにする噴射の“パルス化”は、ノズル制御弁（例えば、図８における部材５４）によるニードル弁５５の開閉によって実現することができる場合よりも、遮断弁４６２を開閉するため制御弁１１を作動することによって一層迅速に実現しうる。噴射のパルス化を実現できるのは、ニードル弁５５の緩い応答のためである。“パルス”噴射のために遮断弁４６２を使用する更なる利点は、前述したように、ニードル弁をノズル内の高燃料圧力に抗して閉じるか又は着座させる必要がないことであり、従って、燃料噴霧劣化の諸問題が回避される。
【０１４３】
燃料のパイロット噴射が燃料の主噴射よりも低い噴射可能圧力（例えば、第１の中程度の噴射可能圧力）であることが必要とされれば、レール制御弁６２は、高圧供給ライン５２を介して送られる圧力を増すように噴射を中断するため遮断弁４６２の開放及び閉止の期間中別個に作動されうる。これは、遮断弁４６２が噴射の再開始（即ち、次の噴射パルス）のために再び作動されるのと同時に又はほぼ同時に行われるか、或いは必要とされる特別な噴射特性に基づいて任意のときに行われる。
【０１４４】
前述した弁６２，１６２，２６２のいずれも、必要ではないが好ましいのは、電磁式アクチュエータ巻線の励磁又は消磁により電気的又は電磁的に作動されることであることが分かるであろう。更に、電磁的に作動可能な弁については、弁をその両作動位置間に移動させる“弁の作動”への言及は、アクチュエータ巻線の励磁レベルを強くするか、或いは前記移動を生じさせる巻線の励磁を弱くするかのいずれかにより実現されることが分かるであろう。しかしながら、所要の弁機能を実現する限り、液圧式及び／又は機械式の双方を含む他の形式の弁作動手段も技術的に習熟した者により想定されるであろう。
【０１４５】
前述した本発明のいずれの実施形態についても、システムは、例えば、圧力Ｐ１での燃料のパイロット噴射の後に圧力Ｐ２での燃料の主噴射が続けられるように（図６に示すように）、或いはブーツ形噴射事象が実現されうるように（図７に示すように）、第２の圧力レベルよりも著しく低い第１の圧力レベルで噴射を実現するように作動されるのが典型的である。例えば、レール制御弁６２を閉じて実現される第２の圧力レベルは、レール制御弁６２が開いているときに達成される第１の圧力レベルよりも５〜１０倍高いかも知れない。
【０１４６】
本発明の燃料システムの実際に役立つ一実施形態は、前述した諸実施形態のいずれかに関する限り、図１５に示されている。明瞭にするため、図３〜図５にしめしたものに対応する諸形態は同じ参照数字で表わされている。カム駆動装置は、カム６８が回転するときに該カムの表面に乗るカムフォロア１２４を含んでおり、該カムフォロアは、例えばタペットの形である、プランジャ６６に結合された駆動部材１２６に駆動力を伝えるように配置されている。駆動部材１２６は、カム装置６８，１２４の影響下に駆動されてシリンダ１２８内で往復動し、従って、プランジャ６６に往復運動を伝える。ピン１３０は、駆動部材１２６に固定されており、そして戻しスプリング１３２は、エンジンのシャフト１３４に装着されていて、これはフォロア１２４がカム６８の下り側面（falling flank)に乗っているときに駆動部材１２６及びフォロア機構を戻すように、ピン１３０と協働する。プランジャ６６は、インジェクタの軸心に対して実質的に垂直であるように配設されている。
【０１４７】
図１５に見ることができるように、コモンレール５９の直径はシャフト１３４のそれよりも小さい。レール制御弁６２が閉じているときに増加された圧力レベルがインジェクタ５０に供給されるのを許容するポンプ装置６３及びレール制御弁６２の設置の結果、コモンレール５９が第１の中程度の圧力レベルで燃料をチャージされることのみが必要であるので、比較的に小形のコモンレール５９を使用することが可能である。一例として、レール内の燃料の中程度の圧力は、既知のコモンレール式システムにおける約２０００バールの圧力と比較して、約３００バールとすることができる。コモンレール５９が比較的に小形のものでよいので、レール５９をエンジンの別の構成部品内に収容することが可能である。
【０１４８】
図１５に示したものに対する別の構成として、シャフト１３４は、エンジンロッカアームであってよく、また、中空として、レールがこの中空シャフトの領域を通り延びるようにしてよい。更なる代替例として、レールは、エンジンシリンダヘッドの領域内に設けることができる。
【０１４９】
前述した実施形態のどの燃料噴射システムも、また図３〜図５におけるものも言うまでもなく、図１５と同様に実施しうる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】既知の電子制御ユニットインジェクタ式システムを例示する概略図である。
【図２】既知のコモンレール式燃料噴射システムを例示する概略図である。
【図３】本発明の一形態に基づく燃料噴射システムの第１実施形態の概略図であり、このシステムは第１作動状態にある。
【図４】第２作動状態にあるときの図３における燃料噴射システムを示している。
【図５】第３作動状態にあるときの図３及び図４における燃料噴射システムを示している。
【図６】図２〜図５における燃料噴射システムを使用して得られる燃料噴射特性を示すグラフである。
【図７】図３〜図５の燃料噴射システムを使用して得られる代わりの燃料噴射特性を示す別のグラフである。
【図８】図３〜図５に示した燃料噴射システムの代替実施形態を例示する概略図である。
【図９】燃料噴射システムの更なる代替実施形態において使用するための３位置弁の断面図である。
【図１０】図９における弁のその３作動位置を示す概略図である。
【図１１】図９及び図１０における３位置弁の拡大断面図であり、弁の座部を拡大し詳細に示す挿入図含んでいる。
【図１２】高圧遮断弁を組み込んだ燃料噴射システムの更なる代替実施形態である。
【図１３】図１２の実施形態における高圧遮断弁装置の概略図である。
【図１４】図１３の遮断弁装置において使用するための代替遮断弁部材の概略図である。
【図１５】図３〜図１３に関連して説明した燃料噴射システムの実際的な一実施形態の断面図を示している。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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