(57)【要約】機関車における機関排気を減少させるためのシステムおよび方法が提示される。一実施形態において、燃料注入機構の燃料インジェクタまたは燃料注入ポンプは、上方ヘリックス（１８０）を有するプランジャ（１１０）を備える。上方ヘリックス（１８０）の角度は、アイドルスロットル位置に対応するプランジャ（１１０）上のポイントとフルスロットルに対応するプランジャ（１１０）上のポイントとの間で変化する。そのようにして、注入タイミングは最適化され、機関排気が減少される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関用の燃料注入機構のための排気が効率的なプランジャを製造する方法であって、該方法は：
該燃焼機関についての排気データを異なるスロットル位置において得る工程であって、該機関は、該異なるスロットル位置内の少なくとも第１のスロットル位置および第２のスロットル位置において異なる排気を有する、工程；
該第１のスロットル位置についての該排気データに基づいて、該プランジャについて第１のヘリックス角度を決定する工程、
該第２のスロットル位置についての該排気データに基づいて、該プランジャについて第２のヘリックス角度を決定する工程であって、該第１のヘリックス角度は、該第２のヘリックス角度と異なる、工程、ならびに
該第１のヘリックス角度を有するヘリックス部分および該第２のヘリックス角度を有するヘリックス部分を少なくとも含むヘリックスを有する該プランジャを形成する工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
燃焼効率を前記異なるスロットル位置において決定する工程；ならびに
前記第１のヘリックス角度および前記第２のヘリックス角度を決定する際に、該燃焼効率を利用する工程
をさらに包含する、方法。
【請求項３】
前記スロットル位置が、別個のノッチ位置である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
燃焼機関用の燃料注入機構のための排気が効率的なプランジャを製造する方法であって、該方法は：
異なるスロットル位置における該燃焼機関についての排気データを、参照のヘリックスを有する参照のプランジャを有する注入機構を使用しながら、得る工程であって、該参照のヘリックスは、参照のヘリックス角度を有し、該参照のヘリックス角度は、注入タイミングを規定する、工程；
該排気データに基づいて、該異なるスロットル位置内の少なくとも第１のスロットル位置および第２のスロットル位置における最適ヘリックス角度を決定する工程であって、該第１のスロットル位置における該最適ヘリックス角度は、該第２のスロットル位置における該最適ヘリックス角度とは異なる、工程；ならびに
該最適ヘリックス角度を含む最適プランジャを形成する工程
を包含する、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記第１のスロットル位置は、前記第２のスロットル位置よりも下方のスロットル位置にあり、前記形成する工程は、前記注入タイミングが前記参照のヘリックスについての注入タイミングと比較して遅延されるように、該下方スロットル位置における前記最適ヘリックス角度を変化させる工程を包含する、方法。
【請求項６】
機関燃料システム用の燃焼インジェクタであって、該機関燃料システムは、複数のスロットル位置を有し、該スロットル位置の各々は、対応する排気特徴を有し、該燃料インジェクタは：
インジェクタ本体；
該本体内のプランジャであって、該プランジャは、上方ヘリックスリッジおよび下方ヘリックスリッジを有し、該ヘリックスリッジは、チャネルを規定し、かつ、該インジェクタの燃料ポートの開口および閉鎖を決定する、プランジャ
を備え、
該上方ヘリックスリッジは、該プランジャの表面上の第１のポイントから該プランジャ表面上の第２のポイントに向かって傾斜するリッジ部分を有し、該第１のポイントは、アイドルスロットル位置に関連し、該第２のポイントは、フルスロットル位置に関連し、
該リッジ部分は、該第１のポイントと該第２のポイントとの間に少なくとも２つのセグメント化された部分を含み、該少なくとも２つのセグメント化された部分は、該アイドルスロットル位置とフルスロットル位置との間の関連スロットル位置に対応し、該少なくとも２つのセグメント化された部分は、不均等なヘリックス角度を有し、該少なくとも２つのセグメント化された部分の該不均等なヘリックス角度は、該関連スロットル位置における該機関の排気特徴に従って角度付けられている、
システム。
【請求項７】
内燃機関用の燃料インジェクタであって、該インジェクタは：
円筒型チャンバを規定するハウジングであって、該円筒型チャンバが、長手軸ならびに軸方向に間隔を置いて配置され、該円筒型チャンバと互いに連絡している第１の燃料ポートおよび第２の燃料ポートを有し、これらのポートの各々は、低圧下で燃料の供給源と連絡している、ハウジング；
連続作動サイクルを介する往復の軸運動のための、該チャンバに取り付けられたプランジャであって、各々のサイクルは、該機関の反復性サイクルとタイミングを合わせた関係で、ポンプストロークおよび戻りストロークを包含する、プランジャ、
該プランジャの各ポンプストロークの間に機関シリンダ中に燃料チャージを注入するように構築および配置された、燃料注入ノズル；
を備え、
該燃料注入ノズルは、該プランジャの自由端で規定された該円筒型チャンバのポンプ部分と連絡しており、
該プランジャは、第１の環状リッジおよび第２の環状リッジにより規定された環状の軸方向に延びる周辺チャンバ、ならびに該周辺チャンバと該円筒型チャンバの該ポンプ部分とを連絡する開口部を有し、該第１の燃料ポートおよび第２の燃料ポートが該プランジャにより閉鎖され、かつ該プランジャの該端部部分がそのポンプストロークによって動いている場合、該ノズルと連絡する該円筒型チャンバの該ポンプ部分内の燃料が、該プランジャの各往復サイクルの間にのみ注入を有効にするために加圧されるように、該配置はされており、
該プランジャは、アイドルからフルスロットルまでのノッチの範囲の間での、該機関の所望の作動エネルギーレベルに従った、該円筒型チャンバ内の制御された回転運動のために取り付けられており、
該第２の燃料ポートから離れた該第２のリッジの軸方向位置は、各ノッチ位置に対して、該第１の燃料ポートの閉鎖のときに、アイドルからフルスロットルまで徐々に増大し、それにより、注入される燃料の量および該機関のエネルギーレベルが増大し、
任意の特定のノッチにおける各ポンプストロークの間の該第１の燃料ポートに対して閉鎖関係に動かされる場合、該プランジャ上の該第１のリッジの軸方向位置は、その中で注入が起こる該機関シリンダのピストンの上死点位置に対して燃料注入の開始を決定し、
該ノッチの範囲を通る該第１のリッジの軸方向位置は、複数の区分に分けられ、該区分は、低ＮＯｘ排気のために燃料効率とＮＯｘ排気とのバランスをとる構成を有する下方ノッチに関連する下区分、および高い燃料効率のために燃料効率とＮＯｘ排気とのバランスを取る構成を有する上方ノッチに関連する高区分を含む、
燃料インジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国特許出願第１０／７０２，０５０号（２００３年１１月６日出願）からの優先権を主張する。米国特許出願第１０／７０２，０５０号は、米国特許出願第１０／３２５，８５２号（２００２年１２月２３日）の一部継続出願であり、これらの内容全体は、本明細書中に参考として援用される。
【０００２】
（背景）
（１．分野）
本発明の実施形態は、ディーゼル機関（例えば、機関車ディーゼル機関）における機関排気を減少させるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（２．関連技術の説明）
機関車製造業者および機関車再製造業者は、鉄道輸送産業に対して機関車ディーゼル機関を供給する。このことは、長距離輸送（ｌｉｎｅ−ｈａｕｌ）鉄道による輸送を提供する構築物（ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ）、ならびに切り替え構築物および端末構築物を包含する。近年、機関車ディーゼル機関に対する環境保護局（ＥＰＡ）の排気基準は、ますます厳しくなっている。特に、１９９８年の連邦クリーンエア法（Ｃｌｅａｎ  Ａｉｒ  Ａｃｔ）下で制定された基準は、個々の排気化合物（窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む）の顕著な減少を必要とする。ＮＯｘガス（これらとしては、一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ２）という化合物が挙げられる）は、スモッグおよび酸性雨の主要な成分である。
【０００４】
機関車ディーゼル機関からの排気（ｅｘｈａｕｓｔ）は、種々のガス成分（例えば、ＮＯｘ、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、および炭化水素（ＨＣ））ならびに特定の物質を含む。機関車機関排気が適用可能なＥＰＡ基準に従わない場合、深刻な環境的影響および経済的影響が確実となり得る。
【０００５】
特許文献１（Ｂｉｅｓｓら）は、一次機関が予め決定された時間にわたってアイドリングした後、機関車の一次機関を自動的に停止するシステムおよび方法を開示する。小さな二次機関は、その停止した一次機関の代わりに、有用な機能を実施するために始動される。その二次機関は、機関車のアイドリング時間を減らすので、このアプローチにより、機関排気が減少される。しかし、機関排気は、一次機関が動いているとき、心配の原因のままである。
【特許文献１】米国特許第６，４７０，８４４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、機関車における機関排気を減少させるためのシステムおよび方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（詳細な説明）
機関（例えば、機関車におけるディーゼル機関）のためのシステムおよび方法が提示される。種々の実施形態において、燃料注入機構は、燃料インジェクタ（ユニットインジェクタ）または燃料注入ポンプを備える。燃料インジェクタまたは燃料注入ポンプは、上方ヘリックスを有するプランジャを備える。その上方ヘリックスの角度は、アイドルスロットル位置およびフルスロットル位置に対応する、プランジャ上のポイントの間で変化する。それによって、注入タイミングが最適化され、そして機関排気が減少される。
【０００８】
他の実施形態において、燃料注入機構は、クロム熱間加工鋼から形成されたノズルチップを使用する。従って、機関排気の減少は、長期間維持され得る。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に従う、燃料インジェクタ１００の部分的に切断された断面図である。種々の実施形態において、インジェクタ１００は、機関（例えば、ＧＭ  ＥＭＤ  （Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｏｔｏｒｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｏｔｉｖｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）により製造されたディーゼル機関）の燃料システム用のユニットインジェクタであり得る。ＥＭＤ型機関は、注入タイミングの機械的制御を使用し、そして種々の設定（例えば、機関車（長距離輸送、切換え、旅客用または道路用）、海洋推進装置、海上ベースおよび陸上ベースの油井ドリリングリグ、定置発電、原子力発電プラント、ならびにパイプラインおよび浚渫ポンプ適用）に有効に組み入れられ得る。一実施形態では、インジェクタ１００は、ＥＭＤ５６７、６４５、または７１０シリーズの機関に組み入れられる。
【００１０】
例示的な目的のために、本明細書中の図面は、ＥＭＤ型機関についてのユニットインジェクタおよび関連のプランジャを示す。しかし、本明細書中の教示は、燃料注入ポンプを使用する機関（例えば、ＧＥ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓにより製造されたディーゼル機関（ＧＥ  ７ＦＤＬおよび７ＨＤＬ機関を含む）ならびにＡＬＣＯにより製造されたディーゼル機関）に同様に適用され得ることが理解されるはずである。そのような機関において、燃料注入ポンプの各々は、高圧燃料ラインを介して燃料をインジェクタに供給するプランジャを備える。そのようなプランジャのヘリックスは、本明細書中に提示される原理と一致して改変され得る。本明細書中に記載されるようなノズルチップもまた、利用され得る。
【００１１】
燃料インジェクタ１００は、本体１５０、プランジャ１１０、ハウジングナット１１５、ブシュ１２０、ノズルチップ１３０、およびスプレーホール１４０を備える。インジェクタ１００の他の構成要素は、図１には示されず、当該分野で公知である。インジェクタ１００は、機関燃料システムのシリンダヘッドのホール中に配置されて置かれる。
【００１２】
一実施形態では、インジェクタ１００のノズルチップ１３０は、クロム熱間加工鋼から形成され得る。その鋼は、実質的に通し焼入れされ得、例えば、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｒｏｎ  ａｎｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＡＩＳＩ）のＨ１１規格またはＵｎｉｆｉｅｄ  Ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＵＮＳ）のＴ２０８１１規格と一致し得る。それによって、ノズルチップ１３０は、スプレーホール１４０を損傷することなく有効な霧化を長期間にわたって行い得る。従って、インジェクタ１００は、注入システムにおいて長期化した使用寿命を有し得る。
【００１３】
プランジャ１１０は、ブシュ１２０内にスライド可能に適合する。ブシュ１２０は、上方ポート１６０および下方ポート１７０を備える。上方ポート１６０および下方ポート１７０は、燃料の経路である。シリンダ中に注入される燃料の量は、以下に記載されるように、それらのポートが閉鎖される程度に依存する。
【００１４】
プランジャ１１０の規格形（そのプランジャ１１０の直径、丸み、および真直度を含む）は、実施（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ）に依存して変化し得る。プランジャの直径は、注入のために必要とされる燃料の量に依存して変化し得る。例示的な実施において、プランジャ１１０は、約８ｍｍと２２ｍｍとの間の直径を有し得る。プランジャ１１０用の材料は、長期にわたって実質的に磨耗することからプランジャ１１０を保護し、それによって、プランジャ１１０の性能を低下されることから保護するために選択され得る。プランジャ１１０は、例えば、軸受け品質（ｂｅａｒｉｎｇ  ｑｕａｌｉｔｙ）の鋼または高合金鋼（ｈｉｇｈ  ａｌｌｏｙ  ｓｔｅｅｌ）（例えば、クロム／ニッケル合金）から形成され得る。例えば、その鋼は、Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（ＳＡＥ）の５１５０１または５２１００規格に一致し得る。適切な金属の使用は、以下に記載されるヘリックスが長期間にわたってそれらの形状を維持することを確実にし得る。
【００１５】
プランジャ１１０は、上方ヘリックス１８０および下方ヘリックス１９０を備える。上方ヘリックス１８０および下方ヘリックス１９０は、ブシュ１２０の上方ポート１６０および下方ポート１７０の開口および閉鎖を決定する。上方ヘリックス１８０は、注入が開始するときを決定し、下方ヘリックス１９０は、注入が終わるときを決定する。このようにして、これらのヘリックスは、注入される燃料の容積を決定する。
【００１６】
例えば、図１Ｂ〜１Ｆは、切換え型機関についてのブシュ１２０に対するプランジャ１１０の完全ストロークを例示する。ストロークの頂部において、上方ポート１６０および下方ポート１７０は、図１Ｂに示されるように、開いて燃料を入れる。プランジャのストロークが始まると、図１Ｃに示されるように、燃料は上方ポート１６０を通って抜ける。図１Ｄに示されるように、上方ポート１６０および下方ポート１７０の両方がプランジャ１１０によって閉鎖されると、作製された高圧が燃料をシリンダ中に通す。図１Ｅに示されるように、下方ポート１７０が開いて、プランジャ１１０より下の燃料を抜けさせると、注入が終わる。図１Ｆは、ストロークの底部を例示し、ここで、下方ポート１７０が完全に開かれる。
【００１７】
上方ヘリックス１８０および下方ヘリックス１９０は、プランジャ１１０の軸部分を取り囲む浅い燃料チャネル１９５を規定する、リッジを含む。上方ヘリックス１８０および下方ヘリックス１９０は、種々の方法で形成され得る。いくつかの実施形態では、上方ヘリックス１８０および／または下方ヘリックス１９０は、プランジャ１１０を製造する機械加工操作の一部として形成される。他の実施形態では、存在するプランジャは、上方ヘリックス１８０および／または下方ヘリックス１９０を生成するために、選択的機械加工操作によって改変される。
【００１８】
特に、上方ヘリックス１８０は、プランジャ表面上の第１ポイントからプランジャ表面上の第２ポイントに向かって傾斜する、リッジ部分を含む。傾斜は、第１ポイントと第２ポイントとの間で、上行性、下行性、または上行性でも下行性でもない、１つ以上の場合を包含し得る。いくつかの実施形態では、第１ポイントは、インジェクタ１００のアイドルスロットル位置に関与し得、第２ポイントは、インジェクタ１００のフルスロットル位置に関与し得る。リッジ部分の傾斜の変化は、リッジ部分が、予め決定された長さおよび／または高さの多数のセグメントを含み得ることを意味する。いくつかの実施形態では、傾斜の変化は、リッジ部分の１つ以上の部分が秩序立って湾曲するように、徐々に起こり得る；そのような実施形態に関して、リッジ部分のセグメントは、非常に短くあり得る。他の実施形態では、傾斜の変化は、リッジ部分が１つ以上の明らかに別個の部分の有するようにみえるように、急であり得る。
【００１９】
プランジャ１１０は、ロッカーアームとプランジャフォロワ（示さず）とによって作動し得るインジェクタカムによる一定ストロークの往復運動がされ得る。プランジャストロークの間の注入期間のタイミングは、ロッカーアームの端部における調整スクリューにより設定され得る。
【００２０】
プランジャ１１０は、当該分野で公知のとおり、ラックおよびギア（示さず）によって回転され得る。プランジャ１１０の回転は、上方ポート１６０および下方ポート１７０が下向きのストロークの間に開口および閉鎖し得る時間を制御し、それによって、シリンダ中に注入される燃料の量を決定する。プランジャ１１０がアイドルスロットル位置からフルスロットル位置まで回転されると、ストロークのポンピング部分が長くなり、注入がより早く開始され、そしてより多くの燃料が注入される。例えば、図１Ｇ〜１Ｉは、切換え型機関について、アイドル位置、ハーフスロットル位置（ハーフロード）およびフルスロットル位置（フルロード）におけるプランジャの回転を例示する。例示されるように、プランジャの有効ストロークは、アイドルからフルロードまで長くされる。
【００２１】
適切な燃料の霧化は、プランジャ１１０の下向きのストロークの間に作製される高圧により達成される。この高圧は、ニードル弁（示さず）に燃料を通過させ、そのニードル弁を持ち上げ、それによって、インジェクタ１００のノズルチップ１３０におけるスプレーホール１４０を通して燃料を外に出させる。
【００２２】
ヘリックスの「ヘリックス角度」は、ヘリックスの接線と、そのヘリックスの内側軸に垂直であり、かつ接点と交差する線との間の角度である。ヘリックス角度の変化は、一般的に、プランジャのヘリックスの観察された角度の変化に対応する。つまり、ヘリックス角度が変化する場合、ヘリックスの傾斜（「リード」とも呼ばれる）の変化が観察され得る。本明細書中の実施形態に関して、説明を容易にするために、プランジャは、多数のヘリックス角度（すなわち、多数の傾斜またはリード）を有する１つのヘリックスを有すると記載される。しかし、本明細書中のプランジャの上方ヘリックスは、実際に、関連のヘリックス角度を有するそれぞれのヘリックスの１つ以上の部分を有することが理解されるはずである。
【００２３】
本発明の種々の実施形態に従って、プランジャ１１０は、そのヘリックス角度が、少なくとも一度、アイドルスロットル位置に対応するプランジャ１１０上の第１ポイントからフルスロットル位置に対応するプランジャ１１０上の第２ポイントに変化する、上方ヘリックスを有する。このようにして、インジェクタ１００の注入タイミングは、プランジャ１１０がブシュ１２０内を回転して、最適化され得る。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ヘリックス角度は、注入タイミングを促進するように変化する。あるいは、またはさらに、ヘリックス角度は、注入タイミングを遅延するように、または促進も遅延もいずれもしないように、変化する。注入タイミングを最適化することにより、排気および燃焼の効率は、機関に関して向上され得る。
【００２５】
ＥＭＤ型ユニットインジェクタにおいて、ブシュ１２０内のプランジャ１１０の回転度は、予め決定された別個のスロットル位置に関連し得る。表１は、ディーゼル電気機関車に組み込まれ得る例示的な関連を列挙する。表１のプランジャ１１０は、例えば、約０．４２０インチ〜０．４２２インチの範囲の直径を有し得る。
【００２６】
【表１】
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表１が例示するように、隣接するスロットル位置は、２５°で均一に分けられている。例えば、機関士がスロットルセレクターをノッチ４からノッチ５へ動かすとき、プランジャ１１０がブシュ１２０内で２５°回転する。同様に、スロットルセレクターがノッチ５からノッチ６へ動かされる場合、プランジャ１１０はさらに２５°回転する。
【００２７】
表１は、別個のスロットル位置への例示的な分割を表し、その２５°は例示的な分割であることが理解されるはずである。他の機関実施において、より多いかまたはより少ない別個のスロットル位置が存在し得、そして／または別個のスロットル位置の間の分割は均一である必要はない。さらに、いくつかの実施形態（例えば、海上での実施形態および定置式動力の実施形態）では、別個のスロットル位置は存在し得ない。例えば、レバーの操作は、スロットルを徐々におよび連続して増加または減少し得、すなわち、ブシュ内のプランジャを回転し得る。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態に従って、プランジャ上のヘリックス角度およびプランジャ上のポイント（単数または複数）（ここにおいて、ヘリックス角度の遷移が起こる）は、排気データおよび／または実証的機関性能試験に基づいて選択される。例えば、加重排気デューティーサイクルまたは他の関連データが研究され得る。例えば、アイドル、ノッチ１、およびノッチ２において作動する機関に関して排気レベルが問題のあることが実証される場合、注入タイミングを遅延または促進するために、プランジャの上方ヘリックスは、プランジャ上のポイント（例えば、それらのスロットルの設定に対応するポイント）において、異なるヘリックス角度を有し得る。下方ヘリックス１９０の形状もまた、変化され得、これは、注入プロセスに影響を与え得る。
【００２９】
さらに、変化するヘリックス角度（これは、機関規格および実施規格であり得る）の効果は、フルからアイドルまでの範囲のスロットル設定に関して、プランジャ上の最適なヘリックス角度および遷移ポイントの決定するために研究され得る。実施を評価するための例示的な基準としては、排気レベルおよび燃焼効率が挙げられる。種々の実施形態では、ヘリックス角度および遷移ポイントは、コンプライアンスに関連する燃料損失（ｐｅｎａｌｔｙ）を最小にしながら、制御排気限界を有するコンプライアンスを確実にするために選択され得る。
【００３０】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、本発明の一実施形態に従う、種々の回転度におけるプランジャ１１０を例示する。上方ヘリックス１８０は、一般的に、アイドルスロットル位置に対応するポイント２１０（図２Ａ）からノッチ８のスロットル位置に対応するポイント２４０（図２Ｃ）まで傾斜する。
【００３１】
より具体的には、図２Ａは、上方ヘリックス１８０が一般的に、ポイント２１０から下向きに傾斜することを示す。図２Ｂは、ノッチ５のスロットル位置に対応するポイント２２０における上方ヘリックス１８０の傾斜（ヘリックス角度）の変化、およびノッチ６のスロットル位置に対応するポイント２３０における傾斜（ヘリックス角度）の別の変化を示す。最後に、図２Ｃは、ノッチ８のスロットル位置に対応するポイント２４０までの、上方ヘリックス１８０の傾斜を示す。
【００３２】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、本発明の一実施形態に従う例示的なプランジャ１１０の単なる例示であることが理解されるはずである。上方ヘリックス１８０の正確な形態（傾斜（ヘリックス角度）における遷移の数、および遷移が起こるプランジャ１１０上のポイントを含む）ならびに各ヘリックス角度の角度付け測定は、実施に依存して変化し得る。
【００３３】
図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは、本発明の実施形態に従う、図２Ａの線Ｂと線Ｂ’との間のプランジャ１１０の軸部分の平面図を例示する。上方ヘリックスおよび下方ヘリックスは、各図面に示される。平行線は、特定のスロットル設定に対応する上方ヘリックスに沿ったポイントを識別する。
【００３４】
図３Ａは、参照の上方ヘリックス３１０および参照の下方ヘリックス３２０を示す。参照の上方ヘリックス３１０は、アイドル（０°）からノッチ８（２００°）へと実質的に変化しない、ヘリックス角度を有する。図３Ａに示されるように、参照の上方ヘリックス３１０の傾斜は、アイドルからノッチ８まで、実質的に一定である。
【００３５】
図３Ｂは、本発明の一実施形態に従う、例示的な上方ヘリックス３３０および下方ヘリックス３４０を示す。比較目的のために、図３Ａの参照の上方ヘリックス３１０および参照の下方ヘリックス３２０は、図３Ｂの点線で示される。参照の上方ヘリックス３１０と一致する上方ヘリックス３３０の部分は、ｘで示されている。下方ヘリックス３４０と参照の下方ヘリックス３２０との一致部分は、同様に示される。
【００３６】
上方ヘリックス３３０は、アイドルからノッチ８まで変化する、関連のヘリックス角度を有する。具体的に、アイドルからノッチ６まで、上方ヘリックス３３０は関連の傾斜（ヘリックス角度）を有する。ノッチ６からノッチ８まで、上方ヘリックス３３０は異なる傾斜（ヘリックス角度）を有する。
【００３７】
より具体的には、アイドルからノッチ６まで、上方ヘリックス３３０のヘリックス角度は、参照の上方ヘリックス３１０のヘリックス角度よりも大きい。つまり、図３Ｂのアイドルに対応する平行線とノッチ６に対応する平行線との間で、（ヘリックスの内側軸に垂直な線に対する）上方ヘリックス３３０の傾斜は、参照の上方ヘリックス３１０の傾斜よりも大きい。アイドル時は、上方ヘリックス３３０は、参照の上方ヘリックス３１０と比較して、プランジャ１１０の頂部に向かって（参照の下方ヘリックス３２０から離れて）配置される。ノッチ６からノッチ８まで、上方ヘリックス３３０のヘリックス角度は、参照の上方ヘリックス３１０のヘリックス角度と実質的に同じである。つまり、ノッチ６に対応する平行線とノッチ８に対応する平行線との間で、上方ヘリックス３３０の傾斜および参照の上方ヘリックス３１０の傾斜は、実質的に同じであり、それぞれのヘリックスは一致する。
【００３８】
従って、図３Ｂの上方ヘリックス３３０の例示的なデザインは、参照の上方ヘリックス３１０を含むデザインに対して、アイドルからノッチ６にわたって、注入タイミングを遅延する。そのような遅延は、その燃料注入システムがプランジャ１１０を備える機関について、排気を改善し得る。
【００３９】
図３Ｃは、本発明の一実施形態に従う、例示的な上方ヘリックス３５０および下方ヘリックス３６０を示す。比較目的のために、図３Ａの参照の上方ヘリックス３１０および参照の下方ヘリックス３２０は、図３Ｃの点線で示される。参照の上方ヘリックス３１０と一致する上方ヘリックス３５０の部分は、ｘで示されている。下方ヘリックス３６０と参照の下方ヘリックス３２０との一致部分は、同様に示される。
【００４０】
上方ヘリックス３５０は、アイドルからノッチ８まで変化する、関連のヘリックス角度を有する。具体的に、アイドルからノッチ５まで、上方ヘリックス３５０は関連の傾斜（ヘリックス角度）を有する。ノッチ５からノッチ７まで、上方ヘリックス３５０は異なる傾斜（ヘリックス角度）を有する。ノッチ７からノッチ８まで、上方ヘリックス３５０は、さらに異なる傾斜（ヘリックス角度）を有する。
【００４１】
より具体的には、アイドルからノッチ５まで、上方ヘリックス３５０は、参照の上方ヘリックス３１０と比較して、プランジャ１１０の頂部に向かって（参照の下方ヘリックス３２０から離れて）配置される。図３Ｃのアイドルに対応する平行線とノッチ５に対応する平行線との間で、上方ヘリックス３５０の傾斜は、参照の上方ヘリックス３１０の傾斜と実質的に同じである。ノッチ５からノッチ７まで、上方ヘリックス３３０のヘリックス角度は、参照の上方ヘリックス３１０のヘリックス角度よりも大きい。つまり、ノッチ５に対応する平行線とノッチ７に対応する平行線との間で、上方ヘリックス３５０の傾斜は、参照の上方ヘリックス３１０の傾斜よりも大きい。
【００４２】
ノッチ７からノッチ８まで、上方ヘリックス３３０のヘリックス角度は、参照の上方ヘリックス３１０のヘリックス角度と実質的に同じである。つまり、ノッチ７に対応する平行線とノッチ８に対応する平行線との間で、上方ヘリックス３５０の傾斜および参照の上方ヘリックス３１０の傾斜は、実質的に同じであり、それぞれのヘリックスは一致する。
【００４３】
従って、図３Ｃの上方ヘリックス３５０の例示的なデザインは、参照の上方ヘリックス３１０を含むデザインに対して、アイドルからノッチ７にわたって、注入タイミングを遅延する。そのような遅延は、その燃料注入システムがプランジャ１１０を備える機関について、排気を改善し得る。
【００４４】
図４は、本発明の別の実施形態に従う、プランジャ１１０の選択部分を例示する。示された部分は、図１に同定された部分Ａに対応する。上方ヘリックス４８０は、概して、図４に示される。平行線は、特定のスロットル設定に対応する上方ヘリックス４８０に沿った部分を同定する。アイドル、ノッチ１、ノッチ２およびノッチ３のスロットル設定に対応する上方ヘリックス４８０の部分のみが示されているが、本明細書中の教示は、他のスロットル設定について適用され得る。
【００４５】
参照のヘリックス４０１は、比較目的のために示される。参照のヘリックス４０１は、アイドルとノッチ３のスロットル設定との間で変化しない、関連ヘリックス角度（傾斜）を有する。
【００４６】
例示的なヘリックス４２０および４１０もまた、図４に示される。ヘリックス４２０は、参照のヘリックス４０１のヘリックス角度よりも小さなヘリックス角度を有する。それによって、ヘリックス４２０は、参照のヘリックス４０１を含むプランジャと比較して、アイドル、ノッチ１、ノッチ２およびノッチ３の設定について、注入タイミングを遅延し得る。あるいは、ヘリックス４１０は、参照のヘリックス４０１のヘリックス角度よりも大きなヘリックス角度を有する。それによって、ヘリックス４１０は、参照のヘリックス４０１を含むプランジャと比較して、アイドル、ノッチ１、ノッチ２およびノッチ３の設定について、注入タイミングを促進し得る。
【００４７】
図５は、本発明の別の実施形態に従う、プランジャ１１０の選択部分を例示する。示された部分は、図１に同定された部分Ａに対応する。上方ヘリックス５８０は、図５に示される。平行線は、特定のスロットル設定に対応する上方ヘリックス５８０に沿った部分を同定する。アイドル、ノッチ１、ノッチ２およびノッチ３のスロットル設定に対応する上方ヘリックス５８０の部分のみが示されているが、本明細書中の教示は、他のスロットル設定について適用され得る。
【００４８】
上方ヘリックス５８０は、アイドル設定とノッチ３設定との間に、３つの関連ヘリックス角度（傾斜）を有する。特に、上方ヘリックス５８０は、アイドル位置とノッチ１の位置との間に第１のヘリックス角度（傾斜）を有する。ノッチ１において、ヘリックス角度は増大し（例示された傾斜はより急勾配になる）、それによって、注入タイミングが促進される。ノッチ２において、ヘリックス角度は減少し（例示される傾斜が勾配が小さくなる）、それによって注入タイミングが遅延される。ノッチ３において、ヘリックス角度は、参照のヘリックス（示さず）のヘリックス角度と一致し、タイミングは、参照のヘリックスに対して促進も遅延もいずれもしない。
【００４９】
種々の機関において、ヘリックスのタイミングの変化は、フライホイールのタイミングの変化と相補的であり得る。従って、いくつかの実施形態では、上方ヘリックスのタイミング調整とフライホイールのタイミング調整との両方の設計は、注入タイミングを最適化するために使用され得る。例示的な実施形態では、図５の上方ヘリックス５８０についてのヘリックス角度は、フライホイールのタイミング調整を除いて、注入タイミングが、参照のヘリックス（示さず）に対して、ノッチ１において約−２°；ノッチ２において＋２°；そしてノッチ３において０°変化されるように、選択され得る。注入タイミングのさらなる最適化は、フライホイールのタイミングを調整することにより、達成され得る。
【００５０】
上記図３Ｂと類似の実施形態では、上方ヘリックス３３０は、（１）アイドルからノッチ５まで、上方ヘリックス３３０のヘリックス角度が参照の上方ヘリックス３１０のヘリックス角度よりも大きく、そしてアイドル時に、上方ヘリックス３３０がプランジャ１１０の頂部に向かって配置され；そして（２）ノッチ５からノッチ８まで、上方ヘリックス３３０のヘリックス角度は、参照の上方ヘリックス３１０のヘリックス角度と実質的に同じであり、そしてそれらのヘリックスが一致するように、改変され得る。そのような改変されたインジェクタについての例示的な注入タイミングは、表２に示される。比較目的のために、参照の上方ヘリックス３１０を有するインジェクタについてのタイミングの値もまた、示される。
【００５１】
【表２】
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図６Ａは、本発明の一実施形態に従う、上方ヘリックス６１０を有するプランジャ１１０を例示する。上方ヘリックス６１０は、プランジャ１１０を含む機関について、注入タイミングを最適化し得る。示されるとおり、上方ヘリックス６１０は階段と幾分似ている。上方ヘリックス６１０の規格形は、上記のように、排気データおよび／または実証的機関性能試験に依存し得る。いくつかの実施形態では、ステップの遷移は、別個のスロットル設定の遷移に関連し得る。例えば、特定の実施形態について、特定のステップの幅は、プランジャ１１０の周囲の約２５°におよび得る。種々のステップの高さは、変化し得る。
【００５２】
他の実施形態では、より高いスロットル設定において注入タイミングを最適化することが望ましくあり得る。例えば、長距離輸送機関車（これは、相当な時間、高スピードで移動する）において、相当なＥＰＡ加重排気デューティーサイクルは、高いノッチに関連する。従って、そのような機関車の機関および他の類似内容の機関について、プランジャの上方ヘリックスは、例えば、注入タイミングが、高いノッチで最適化されるように、改変され得る。図６Ｂは、上方ヘリックス６５０および参照のヘリックス６７０を含むプランジャ１１０の例示的な実施形態を例示する。上方ヘリックス６５０は、参照のヘリックス６７０と比較して、より高いノッチで排気を減少し得る。別の例示的な実施形態（示さず）では、上方ヘリックスのヘリックス角度は、より低いノッチにおいて、実質的に変化し得ないか、または（例えば、直線に似て）ほんのわずかしか変化し得ず、従って、より高いノッチにおいて、より実質的に変化し得、それらのノッチにおいて注入タイミングを最適化し得る。
【００５３】
図７は、本発明の一実施形態に従う、製造プロセス７００を例示する。タスク７０１において、最適化された注入タイミングを必要とする機関スロットル設定が同定される。タスク７１０において、同定された機関スロットル設定についての注入タイミングを最適化し得るヘリックス角度が、決定される。予め決定されたヘリックス角度は、注入タイミングを促進し得るか、遅延し得るか、または改変し得ない。タスク７２０において、燃料注入のためのプランジャが形成される。プランジャの上方ヘリックスは、第１のスロットル位置に対応するプランジャ上のポイントと第２のスロットル位置に対応するプランジャ上のポイントとの間の少なくとも２つのセグメント化された部分を含み得る。そのセグメント化された部分は、不均等の関連ヘリックス角度を有する。セグメント化部分の１つは、タスク７０１で同定されたスロットル設定に対応し得、タスク７１０で決定されたヘリックス角度に実質的に等しい関連ヘリックス角度を有し得る。タスク７３０において、プランジャを含む燃料インジェクタが組み立てられる。燃料インジェクタは、例えば上記のような、通し焼入れされたクロム熱間鋼のノズルチップを備え得る。
【００５４】
いくつかの実施形態では、機械加工デバイス（例えば、プログラム可能なデバイス）は、上記プランジャを製造するために使用され得る。例えば、多数の不均等なヘリックス角度を有する上方ヘリックスを有するプランジャは、スクラッチから形成され得る。あるいは、既存のプランジャ（例えば、その上方ヘリックスが実質的に１つのヘリックス角度を有するプランジャ）は、改変され得、その結果、その改変されたプランジャは、そのプランジャの所望の位置において、多数の不均等なヘリックス角度を有する上方ヘリックスを有する。
【００５５】
上方ヘリックス（タイミングヘリックス）の傾斜を構成する場合、これは、上方ヘリックスと下方ヘリックスとの間に規定された燃料チャンバの全容積に影響を与え得ることが理解されるはずである。１ストロークあたり注入される燃料の同じ量を維持することが所望され得るので、従って、改変された上方ヘリックスを有するそのようなプランジャについて、１ストロークあたり注入される燃料の同じ量を維持するために、下方ヘリックスの位置または構成を変化させることが所望され得る。換言すると、各ノッチにおいて注入される燃料の容積を規定する、参照の上方ヘリックスと参照の下方ヘリックスとを有する予め存在するプランジャまたは参照のプランジャを利用する、特定の機関用のプランジャを製造する場合、上方ヘリックスまたは注入タイミングヘリックスの傾斜を改変することにより、機関の排気特徴を改善するために、そのようなプランジャと、本発明に従って製造されたプランジャとを交換する場合、１ストロークあたり注入される燃料の全容積が当初の参照のヘリックスを有する当初のプランジャと比較して変化されないことを確実にするために、下方ヘリックスを変化させることがまた、所望され得る。これは、例えば、好ましくは下方ヘリックスの傾斜を変化させることなく（すなわち、下方ヘリックスの傾斜を変化させることなく、下方ヘリックスを上方ヘリックスに向けて動かすか、または下方ヘリックスを上方ヘリックスから離して動かすかのいずれか）、下方ヘリックスの範囲で、材料を添加または取り去ることにより、達成され得る。
【００５６】
上方ヘリックスの構成により決定されるように、タイミングは、本発明に従って、異なるタイプの排気または汚染に対処するようにカスタマイズされ得ることがまた、理解されるはずである。例えば、本発明は鉄道産業に関連し得るので、ＮＯｘ排気（一酸化窒素および二酸化窒素の排気）の量を減少するという特定の所望が存在する。ＮＯｘに関して、そのＮＯｘの排気は、燃焼温度に直接関係することが公知である。詳細には、燃焼温度が低下すると、ＮＯｘ排気が減少する。燃焼温度が上昇すると、ＮＯｘ排気が増大する。参照のプランジャまたは先行技術のプランジャに対して特定のノッチにおける上方ヘリックスの構成を変化させることにより、燃焼のタイミングまたは開始を遅延させることによって、燃焼温度を低下させ、従ってＮＯｘ排気を減少する。詳細には、燃焼のタイミングを遅延するために上方ヘリックスの傾斜を変化させることにより、燃焼が遅延され、その結果、燃料が完全に燃えるのには不十分な量の燃焼時間が生じて、従って到達する温度を低下させる。しかし、燃料が完全に燃えないので、タイミングが参照のプランジャと比較して遅延されているそれらのノッチについて、燃焼効率および燃料効率は、参照のプランジャと比較して低下することが理解される。しかし、燃料損失（すなわち、燃料燃焼の効率の悪さの増加）が十分低くなるように操作され得、その結果、ＮＯｘ排気の減少の利点または程度は、燃料燃焼のいずれの百分率増加よりはるかに大きいことが見出されている。本発明の一実施形態において、所望の加重ＮＯｘ排気は予め決定され、そして、その排気レベルで最高の燃料効率を同時に得ながら、所望の排気レベルを達成する様式で、上方ヘリックスまたはタイミングヘリックスは、切断されるかまたは角度付けられる。例えば、グラム／ＢＨＰ−ＨＲで測定されるような、特定の最大排気レベル（例えば、特定のタイプの機関について環境保護局により設定され得る最大閾値）が所望される場合である。
【００５７】
本発明の一局面に従って、各スロットル位置における排気は、排気に最も悪影響を及ぼすスロットル位置または位置範囲を決定するために測定される。ＮＯｘ排気を減少するためにタイミングを遅延させることにより、例えば、最も重要なスロットル位置（すなわち、機関車機関の場合のノッチ）において、全加重排気に対する顕著な利点は、燃料効率に対する比較的重要でない影響により達成され得る。詳細には、排気の結果に対して最も大きな影響を有するスロットル位置（単数または複数）においてタイミングを遅延させることにより、排気の顕著な減少が、最も少ない燃料損失とともに達成され得る。ＮＯｘ排気の場合、排気が減少するにつれて、燃料効率が同様に減少することが理解されるはずである。しかし、燃料損失を最小にしながら所望の加重ＮＯｘ排気を達成すること、および、より重要なスロットル位置（単数または複数）において燃料注入のタイミングを遅延させることにより所望の加重ＮＯｘ排気を達成することは、本発明の一局面である。
【００５８】
上昇する燃焼温度はＮＯｘ排気を増大させ得るが、その温度はまた、他のタイプの排気（例えば、炭化水素および粒子物質）を減少し得ることが理解されるはずである。従って、いくつかの適用において、先行技術のプランジャまたは参照のプランジャに関してタイミングが促進され、他のタイプの排気を減少し得るように、そのようなタイプの排気に対して努力を集中することが望ましくあり得る。その場合、燃料効率に対して排気のバランスをとることよりも、代わりに、１つのタイプの排気と別のタイプの排気とのバランスをとることが望ましくあり得る。例えば、炭化水素および粒子物質の排気を減少させること、ならびにそのような排気に対して所望の最大閾値を設定し、次いでタイミング角度をカスタマイズするかまたは変化させて、促進したタイミングに起因する粒子物質もしくは炭化水素の排気の改善と関連し得る、いかなるＮＯｘ排気の増加の最小化を達成することが望ましくあり得る。
【００５９】
図８は、切換え型機関車機関について、ノッチ位置に対してプロットされたＮＯｘ排気プロファイル（ｇ／時間）を例示する。使用された機関車は、ＧＰ３８−２であり、使用された機関は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｏｔｏｒｓ  ＥＭＤ（Ｍｏｄｅｌ  １６−６４５Ｅ）であった。その機関は、標準的な、単一の傾斜のタイミングヘリックスを有する、従来の先行技術のユニット燃料インジェクタを利用する。グラフの上に向かって示されるように、ＥＰＡは、各ノッチ位置における標準的な切換え型機関車についての作動のデューティーサイクルを決定するために試験をおこなった。例えば、このタイプの機関は、アイドル位置において時間の５９．８％を使い、ノッチ１において時間の１２．４％を使い、ノッチ２において時間の１２．３％を使い、ノッチ３において時間の５．８％を使い、ノッチ４において時間の３．６％を使い、ノッチ５において時間の３．６％を使い、ノッチ６において時間の１．５％を使い、ノッチ７において時間の０．２％を使い、そしてノッチ８において時間の０．８％を使うことを、ＥＰＡは決定した。累積的なデューティーサイクル数は、図に例示される。また、その図の下に向かって、累積的な加重ＮＯｘ（ｇ／時間）（百分率でとられている）が例示されている。例えば、例示されるとおり、累積された加重ＮＯｘ排気の８１．１０％は、ノッチ５およびそれ以下において生じる。図９（これは、図８の別の表示である）に例示されるように、ＥＰＡ加重デューティーサイクルの７２．２％はアイドルおよびＮ１ノッチに存在するが、これは、加重ＮＯｘ排気の２２．１％のみを構成する。ノッチＮ２〜Ｎ５は、ＥＰＡ加重機関デューティーサイクルの２５．３％を表し、そして加重ＮＯｘ排気の５９．０％を構成する。最終的に、ノッチＮ６〜Ｎ８は、ＥＰＡで決定されたように、加重デューティーサイクルの２．５％のみを表し、加重ＮＯｘ排気の１８．９％を表す。理解できるように、加重数としての５２３．９ｇ／時間におけるノッチ５と関連するＮＯｘ排気は、図において最高である。累積的加重ＮＯｘ排気（ｇ／時間）の８１．１％がノッチ５およびそれ以下に存在するので、ノッチ５およびそれ以下におけるタイミングを遅延して１４．０という、所望の正味の合計ＮＯｘ排気（ｇ／ＢＨＰ−時間）を達成することにより、これらのレベルにおけるＮＯｘ排気を減少することが有利であると、本発明者らは決定した。
【００６０】
本明細書中に企図される方法に従って、ＮＯｘ排気のレベルを達成することに関連する燃料損失を最小にしながら、タイミングは、少なくとも１つのノッチレベル（それ以上存在しない場合）において遅延され、所望のようにＮＯｘ排気の減少を達成し得る。本発明の一局面において、１つ以上のスロットルまたはノッチ位置における遅延の程度は、ノッチ位置がＮＯｘ排気に関して最も重要であるかを決定した後の試行錯誤により確立され得る。例えば、一旦図９のデータが確立されると、ノッチ５およびおそらくそのレベル以下のノッチにおいてタイミングを遅延することが特に所望されることが容易に明らかとなる。それらのノッチの各々が当初の参照のプランジャに対して遅延されたタイミングを有することの程度は、試行錯誤によって実験的に確立され得るものである。あるいは、複雑なアルゴリズム式およびソフトウエアは、遅延または促進（もしあれば）の最適レベルを誘導し、最小にされた燃料損失内で所望の排気結果を達成するように開発され得る。
【００６１】
図１０は、切換え機関用の基準ヘリックスまたは参照のヘリックス（先行技術）を使用するプランジャと、その機関についての標準的なヘリックスと比較して改変された傾斜を有するプランジャサンプル（「Ｓｗｉｔｃｈｅｒ  Ｈｅｌｉｘ＃１」）との比較を例示する。その結果、そのタイミングは、アイドル位置からノッチ５にわたって遅延された。各ノッチにおける遅延の量は、標準的なタイミングと比較され、上死点に対するタイミング（°）を参照して例示される。図１１に例示されるように、図１０に例示されるタイミングのこの遅延は、結果として、標準的なヘリックスまたは参照のヘリックスと比較して、１．８グラム／ＢＨＰ−時間という全体の減少が生じた。つまり、加重ＮＯｘ排気は、１３．７グラム／ＢＨＰ−時間から１１．９グラム／ＢＨＰ−時間へと減少された。さらに、これは、０．７５％の燃料損失と一緒に達成された（すなわち、燃焼効率の７５％の減少）。
【００６２】
図１２は、同じ機関であるが、別のプランジャ（Ｓｗｉｔｃｈｅｒ  Ｈｅｌｉｘ  ２）（ここで、タイミングはノッチＮ６およびそれ以下に関して遅延される）を有する機関を使用した試験結果、ならびに標準的なヘリックスまたは参照のヘリックスとの比較を例示する。図１３に例示されるように、これは、結果として、１３．７グラム／ＢＨＰ−時間から９．３グラム／ＢＨＰ−時間への加重ＮＯｘの減少（４．４グラム／ＢＨＰ−時間の減少）を生じた。しかし、これは、１．９％の燃料損失において達成された。
【００６３】
図１４は、Ｓｗｉｔｃｈｅｒ  Ｈｅｌｉｘ  ２についてのタイミングが、フライホイールポインタ位置を変化させることにより均一に遅延された場合、何が起こったかを決定するために行われた実験を例示する。これは、上死点後４°において行われた。図１５に例示されるように、これは、結果として、１２．８％という所望しない燃料損失を生じた。
【００６４】
図１６〜１８は、図８〜１５に対して上で考察された切換え機関ではなく、異なるタイプの機関について誘導されたデータを例示する。詳細には、図１６〜１８は、機関車モデルＳＤ４０−２で使用される長距離輸送型機関（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｏｔｏｒｓ  ＥＭＤ  １６−６４５Ｅ３Ｂ）に関する。図１６に例示されるように、ノッチ８は、参照の先行技術のプランジャを使用する場合の、合計加重ＮＯｘ排気の顕著に高い百分率を表す。従って、ＮＯｘ効率を改善するために、ノッチ８においてタイミングを顕著に遅延することが望ましい。図１７に例示されるように、一実施形態において、上死点後４°における長距離輸送ヘリックスは、変化された傾斜を有することにより、その機関についての標準的なヘリックスに対して改変された傾斜を有し、その結果、タイミングは、標準的なヘリックスと比較して、ノッチＮ８〜Ｎ３において実質的に遅延される。しかし、ノッチＮ２、Ｎ１およびアイドルにおいて、これらの下方のノッチレベルにおいて燃料効率を改善するために、タイミングが促進された。なぜなら、より上方のノッチ（例えば、ノッチ８）におけるタイミングの遅延は、より上方のレベルにおける排気特徴を顕著に改善するからである。従って、下方ノッチにおいて燃料節約を改善するために、より下方のノッチレベルにおいて燃料効率の改善のいくらかの余地が可能となる。その結果、４％の燃料損失とともに、加重ＮＯｘレベルが６．７グラム／ＢＨＰ−ＨＲとなる。結果はまた、上死点後６°においてタイミングが改変され、結果として、８％の燃料損失とともに、６．０グラム／ＢＨＰ−ＨＲというＮＯｘレベルが生じたことが示される。図１８は、標準的なヘリックスと比較して、上死点後４°および上死点後６°における長距離輸送ヘリックスを使用したＮＯｘ排気を例示する。例示されるように、長距離輸送ヘリックスが使用された場合、より上方のノッチ（Ｎ６、Ｎ７、Ｎ８）における合計加重ＮＯｘ排気は、特にＮ８において実質的に減少された。
【００６５】
用語「ヘリックス（単数）」または「ヘリックス（複数）」は、いわゆる実際にらせんまたはらせんの形状のタイミングリッジを必ずしもいうわけではないことが当業者に理解される。詳細には、従来、インジェクタプランジャ中に形成されている上方タイミングラインまたはリッジは、形状がらせん状であり、従って、「上方タイミングヘリックス」などと呼ばれている。しかし、本発明に従って、プランジャ中に形成された上方タイミング構造体は、理解できるように、例えば、タイミング構造体またはヘリックス３３０、６１０、６５０などの形状から、らせんとしての形状である必要は全くないことが理解できる。従って、用語「ヘリックス」は、プランジャ上に形成された上方タイミング構造体を広範に指すべきである。
【００６６】
実施形態の前述の記載は、当業者が本発明の実施形態を作製または使用することが可能であるように提供される。これらの実施形態に対する種々の改変が可能であり、本明細書中に提示される一般的原理は、同様に他の実施形態に適用され得る。例えば、本明細書中の実施形態は、他の装置および方法（例えば、機関排気を減少させるため、および／または機関性能を改善するための技術）と関連して適用され得る。
【００６７】
プランジャの上方ヘリックスおよび下方ヘリックスの規格形は、本出願の教示と一致する多数の方法のいずれにおいて、改変され得ることが理解されるはずである。ヘリックス角度は、特定の実施について所望の性能基準を達成するために改変され得る。
【００６８】
そのようにして、本発明は、上で示された実施形態に限定されず、本明細書中のいずれの様式で開示される原理および新規特徴と一致する最も広い範囲に一致することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従う、燃料インジェクタの部分的に切断された断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、切換え型機関についての燃料インジェクタプランジャの完全ストロークを例示する。
【図１Ｃ】図１Ｃは、切換え型機関についての燃料インジェクタプランジャの完全ストロークを例示する。
【図１Ｄ】図１Ｄは、切換え型機関についての燃料インジェクタプランジャの完全ストロークを例示する。
【図１Ｅ】図１Ｅは、切換え型機関についての燃料インジェクタプランジャの完全ストロークを例示する。
【図１Ｆ】図１Ｆは、切換え型機関についての燃料インジェクタプランジャの完全ストロークを例示する。
【図１Ｇ】図１Ｇは、切換え型機関についてのアイドルスロットル位置におけるプランジャ回転を例示する。
【図１Ｈ】図１Ｈは、切換え型機関についてのハーフスロットル位置におけるプランジャ回転を例示する。
【図１Ｉ】図１Ｉは、切換え型機関についてのフルスロットル位置におけるプランジャ回転を例示する。
【図２】図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、本発明の一実施形態に従う、種々の例示的な回転度における燃料インジェクタプランジャを例示する。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態に従う、プランジャの軸部分の例示的な平面図を例示する。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態に従う、プランジャの軸部分の例示的な平面図を例示する。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施形態に従う、プランジャの軸部分の例示的な平面図を例示する。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に従う、プランジャの選択部分を例示する。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従う、プランジャの選択部分を例示する。
【図６】図６Ａおよび６Ｂは、本発明の実施形態に従う、例示的プランジャを例示する。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に従うプロセスを例示する。
【図８】図８は、先行技術のユニットインジェクタを使用する切換え型機関車機関についての、ＮＯｘ排気プロファイル（ｇｍｓ／時間）を例示するグラフである。
【図９】図９は、図８に示されたグラフの別の表示である。
【図１０】図１０は、アイドル位置からノッチＮ５までにわたって遅延されたヘリックスのタイミングを有した切換え型機関についての、切換えヘリックス（切換えヘリックス１）と基準ヘリックスとを比較する試験を例示するグラフである。
【図１１】図１１は、図１０に示される試験についてのＮＯｘ排気プロファイルを例示するグラフである。
【図１２】図１２は、アイドル位置からノッチＮ６にわたって遅延されたヘリックスのタイミングを有した切換え型機関についての、別の切換えヘリックス（切換えヘリックス２）と基準ヘリックスとを比較する試験を例示するグラフである。
【図１３】図１３は、図１２に示される試験についてのＮＯｘ排気プロファイルを例示するグラフである。
【図１４】図１４は、フライホイールポインタ位置を変化させることによって切換えヘリックス（切換えヘリックス２）が均一に遅延された試験を例示するグラフである。
【図１５】図１５は、図１４に示される試験についてのＮＯｘ排気プロファイルを例示するグラフである。
【図１６】図１６は、先行技術のユニットインジェクタを使用する長距離輸送機関車機関についてのＮＯｘ排気プロファイル（ｇｍｓ／時間）を例示するグラフである。
【図１７】図１７は、長距離輸送機関車機関についてのヘリックス性能を例示するグラフである。
【図１８】図１８は、長距離輸送機関車機関についてのＮＯｘ排気プロファイル（ｇｍｓ／時間）を例示するグラフである。
【図１】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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