(57)【要約】  作業機械（５）用の燃料噴射器（３２）が開示される。燃料噴射器は、少なくとも１つのオリフィス（８０）を有するノズル部材（５６）と、先端（８２）および基端（１００）を有するニードル弁要素（５８）とを有する。ニードル弁要素は、少なくとも１つのオリフィスを通過する燃料流を先端によって選択的に許容および遮断するように軸方向に可動である。燃料噴射器は、ニードル弁要素の基端と連通する制御室（７１）も有する。制御室は、ニードル弁要素の軸方向移動に対して半径方向に配置された側壁部を有する。燃料噴射器は、制御室の側壁部に配置されたポート（７５）と、燃料を制御室から選択的に排出し、これによって、ニードル弁要素の移動を開始するためにポートと連通する少なくとも１つの通路（７３）とをさらに有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射器（３２）であって、
少なくとも１つのオリフィス（８０）を有するノズル部材（５６）と、
先端（８２）と基端（１００）とを有するニードル弁要素（５８）であって、少なくとも１つのオリフィスを通過する燃料流を先端によって選択的に許容および遮断するように軸方向に可動であるニードル弁要素（５８）と、
ニードル弁要素の基端と連通する制御室（７１）であって、ニードル弁要素の軸方向移動に対して半径方向に配置された側壁部を有する制御室（７１）と、
制御室の側壁部に配置されたポート（７５）と、
燃料を制御室から選択的に排出し、これによって、ニードル弁要素の移動を開始するためにポートと連通する少なくとも１つの通路（７３）と、
を備える燃料噴射器（３２）。
【請求項２】
制御室から燃料を排出することにより、オリフィス開口方向へのニードル弁要素の移動が開始される請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項３】
ポートが、制御室からの燃料流を制限するように、ニードル弁要素の移動中にニードル弁要素によって少なくとも部分的に閉塞され、これによって、ニードル弁要素の移動が減速される請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項４】
ポートが少なくとも部分的に常に開いたままである請求項３に記載の燃料噴射器。
【請求項５】
ニードル弁要素の先端と連通する圧力室（６８）と、
圧力室と連通し、かつ燃料噴射器の作動中に加圧燃料を圧力室に連続的に連通させるように構成された供給通路（７０）と、
をさらに含む請求項１に記載の燃料噴射器。
【請求項６】
エンジン（１０）の燃焼室（２２）内に燃料を噴射する方法であって、
加圧燃料をノズル部材（５６）の少なくとも１つのオリフィス（８０）に導くステップと、
少なくとも１つのオリフィスを通過する燃料流をニードル弁要素の先端（８２）によって許容および遮断するように、ニードル弁要素（５８）を選択的に移動させるステップと、
燃料をニードル弁要素の基端（１００）から制御室の側壁部内のポート（７５）を通して選択的に排出して、ニードル弁要素の軸方向移動を開始するステップであって、側壁部が、ニードル弁要素の軸方向移動に対して半径方向に配置されるステップと、
を含む方法。
【請求項７】
制御室から燃料を排出することにより、オリフィス開口方向へのニードル弁要素の移動が開始される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
制御室からの燃料流を制限するように、ニードル弁要素の移動中にニードル弁要素によってポートを少なくとも部分的に閉塞し、これによって、ニードル弁要素の移動を減速するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ポートが少なくとも部分的に常に開いたままである請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
作業機械（５）であって、
少なくとも１つの燃焼室（２２）を有する、パワー出力を発生させるように構成されたエンジン（１０）と、
エンジンの少なくとも１つの燃焼室内に加圧燃料を噴射するように構成された、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射器（３２）と、
を備える作業機械（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料噴射器、より詳しくは、段階的に制限される排出通路を有する燃料噴射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
コモンレール燃料システムは、エンジンの燃焼室内に高圧燃料を噴射するために、複数の独立型ノズル燃料噴射器を典型的に使用する。これらの燃料噴射器のそれぞれは、ノズル供給通路とノズル出口とを有する円筒状ボアを有するノズルアセンブリを含み得る。ニードル逆止弁を、円筒状ボア内に往復運動するように配置し、ノズル出口が閉塞される閉鎖位置に向かって付勢することが可能である。燃料を噴射するために、ノズル出口を開くようにニードル逆止弁を選択的に移動させることが可能であり、これによって、高圧燃料がノズル供給通路から燃焼室に流入することが可能になる。例えば、ニードル逆止弁の基部に流体連通する制御室から加圧流体を選択的に排出して、ニードル逆止弁を開放位置に向かって付勢することが可能である。
【０００３】
このような１つの装置は、１９９７年９月３０日にツヅキ（Ｔｓｕｚｕｋｉ）らに交付された（特許文献１）に記載されている。（特許文献１）は、噴射孔を有する燃料噴射装置を記載している。ニードル弁は、噴射孔を開閉するように第１の位置と第２の位置との間で可動である。また、燃料噴射装置は、２ウェイソレノイド弁を介してドレンに通気された背圧室を含む。ニードル弁は、背圧室内の圧力に応じて第１の位置と第２の位置との間で可動である。
【０００４】
（特許文献１）の燃料噴射装置は加圧燃料をエンジンに十分に供給し得るが、このことが問題となる可能性がある。例えば、（特許文献１）のニードル弁の移動中に、ニードル弁の上端面が背圧室の下端面に当接することが許容される。ニードル弁が当接時にかなり高速で移動している場合、ニードル弁が下端面から跳ね返る可能性があり、燃料噴射の予測不可能な中断が生じる。一貫しないおよび予測不可能なこの噴射器の性能は、エンジンの性能に大きな影響を与える程度に十分な燃料供給特性を変化させることがある。
【０００５】
さらに、（特許文献１）に記載されているニードル弁の上面と背圧室の下面とが当接することにより、燃料噴射装置の構成部材の寿命が短くなり、また騒音公害がひどくなる場合がある。特に、上面と下面とが接触するので、２つの表面の間の摩耗が大きくなる場合があり、早期に故障する可能性がある。さらに、上面と下面との接触によって、（特許文献１）の燃料システムの他の構成部材を汚染する可能性があるデブリが発生することがある。その上、上面と下面との間における当接により、燃料システムの振動および騒音が大きくなる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，６７１，７１５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の燃料噴射器によって、１つ以上の上記課題が解決される。
【０００８】
本開示の一形態は燃料噴射器に関する。燃料噴射器は、少なくとも１つのオリフィスを有するノズル部材と、先端および基端を有するニードル弁要素とを含む。ニードル弁要素は、少なくとも１つのオリフィスを通過する燃料流を先端によって選択的に許容および遮断するように軸方向に可動である。燃料噴射器は、ニードル弁要素の基端と連通する制御室も含む。制御室は、ニードル弁要素の軸方向移動に対して半径方向に配置された側壁部を有する。燃料噴射器はまた、制御室の側壁部内に配置されたポートと、燃料を制御室から選択的に排出し、これによって、ニードル弁要素の移動を開始するためにポートと連通する少なくとも１つの通路とを含む。
【０００９】
本開示の他の形態は、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する方法に関する。本方法は、加圧燃料をノズル部材の少なくとも１つのオリフィスに導くステップと、少なくとも１つのオリフィスを通過する燃料流をニードル弁要素の先端によって許容および遮断するように、ニードル弁要素を選択的に移動させるステップとを含む。本方法は、燃料をニードル弁要素の基端から制御室の側壁部内のポートを通して選択的に排出して、ニードル弁要素の軸方向移動を開始するステップも含む。側壁部は、ニードル弁要素の軸方向移動に対して半径方向に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、エンジン１０と燃料システム１２の模範的な実施形態とを有する作業機械５を示している。作業機械５は、鉱業、建築業、農業、発電業、運送業のような産業、または公知の他の任意の産業に関連するある種の動作を行う固定機械または可動機械であり得る。例えば、作業機械５は、土工機械、発電設備、ポンプ、または他の任意の適切な作業実行作業機械であってもよい。
【００１１】
本開示では、エンジン１０は、４ストロークディーゼルエンジンとして図示かつ記載されている。しかし、当業者は、エンジン１０が、例えば、ガソリンエンジンまたはガス燃料エンジンのような他の任意の種類の内燃機関であってもよいことを認識するであろう。エンジン１０は、複数のシリンダ１６を画成するエンジンブロック１４と、それぞれのシリンダ１６内に摺動可能に配置されたピストン１８と、それぞれのシリンダ１６に関連するシリンダヘッド２０とを含み得る。
【００１２】
シリンダ１６、ピストン１８、およびシリンダヘッド２０によって、燃焼室２２を形成することが可能である。図示されている実施形態では、エンジン１０は６つの燃焼室２２を含む。しかし、エンジン１０が、より多いかまたはより少ない数の燃焼室２２を含み得ることと、燃焼室２２を「直列」構成、「Ｖ字」構成、または他の任意の適切な構成で配置し得ることが考慮される。
【００１３】
さらに、図１に示されているように、エンジン１０は、エンジンブロック１４内に回転可能に配置されるクランクシャフト２４を含むことが可能である。コネクティングロッド２６によって、それぞれのピストン１８をクランクシャフト２４に連結することが可能であり、この結果、それぞれの個々のシリンダ１６内のピストン１８の摺動運動により、クランクシャフト２４の回転が生じる。同様に、クランクシャフト２４の回転によって、ピストン１８の摺動運動が生じ得る。
【００１４】
燃料システム１２は、それぞれの燃焼室２２内への加圧燃料の噴射を行うように協働する構成部材を含むことが可能である。具体的には、燃料システム１２は、燃料供給を継続するように構成されたタンク２８と、燃料を加圧するようにまたコモンレール３４を介して加圧燃料を複数の燃料噴射器３２に導くように構成された燃料ポンプ装置３０とを含んでもよい。
【００１５】
燃料ポンプ装置３０は、燃料の圧力を増大させるように、また加圧された１つ以上の燃料流をコモンレール３４に導くように機能する１つ以上のポンプ装置を含み得る。一実施例において、燃料ポンプ装置３０は、低圧源３６と、燃料ライン４０を介して連続して配置されかつ流体連結された高圧源３８とを含む。低圧源３６は、低圧フィードを高圧源３８に供給するように構成された移送ポンプであり得る。高圧源３８は、低圧フィードを受け入れるようにまた燃料の圧力を約３０〜３００ＭＰａの範囲に増大させるように構成することが可能である。燃料ライン４２を介して、高圧源３８をコモンレール３４に連結し得る。燃料ポンプ装置３０からコモンレール３４への燃料の一方向の流れを可能にするために、燃料ライン４２内に逆止弁４４を配置することが可能である。
【００１６】
低圧源３６および高圧源３８の一方または両方をエンジン１０に作動可能に連結し、またクランクシャフト２４によって駆動することが可能である。クランクシャフト２４の回転によって、ポンプドライブシャフトの対応する回転が生じる、当業者が容易に理解できる任意の形態で、低圧源３６および／または高圧源３８をクランクシャフト２４に連結し得る。例えば、ギヤトレイン４８によってクランクシャフト２４に連結されているような高圧源３８のポンプドライブシャフト４６が図１に示されている。しかし、その代わりに、低圧源３６および高圧源３８の一方または両方を電気で、油圧で、空気圧で、または他の任意の適切な方法で駆動し得ることが考慮される。
【００１７】
燃料噴射器３２をシリンダヘッド２０内に配置し、また複数の燃料ライン５０を介してコモンレール３４に連結することが可能である。それぞれの燃料噴射器３２は、所定のタイミング、所定の燃料圧力、および所定の燃料流量で、ある量の加圧燃料を、関連する燃焼室２２内に噴射するように作動可能であり得る。燃焼室２２への燃料噴射のタイミングをピストン１８の運動に同期させることが可能である。例えば、ピストン１８が圧縮行程の上死点位置に近づいたときに、噴射燃料の圧縮点火燃焼を許容するように、燃料を噴射してもよい。その代わりに、ピストン１８が、上死点位置に向かって進む圧縮行程を開始したときに、予混合圧縮着火動作のために、燃料を噴射してもよい。ピストン１８が、膨張行程中に上死点位置から下死点位置に向かって移動しているときに、後処理再生用の還元雰囲気を生成するためのその後のポスト噴射のために、燃料を噴射することも可能である。
【００１８】
図２に示されているように、それぞれの燃料噴射器３２は、独立型ノズルユニット燃料噴射器であり得る。具体的には、それぞれの燃料噴射器３２は、ガイド５４とノズル部材５６とニードル弁要素５８とソレノイドアクチュエータ５９とを収容する噴射器本体５２を含むことが可能である。
【００１９】
噴射器本体５２は、シリンダヘッド２０内のアセンブリのために構成された円筒状部材であり得る。噴射器本体５２は、ガイド５４とノズル部材５６とを受け入れるための中央ボア６０と、ノズル部材５６の先端６４が突出し得る開口部６２とを有することが可能である。例えばＯリング（図示せず）のようなシール用部材をガイド５４とノズル部材５６との間に配置して、燃料噴射器３２からの燃料漏れを抑制することが可能である。
【００２０】
ガイド５４は、ニードル弁要素５８を受け入れるように構成された中央ボア６８と制御室７１とを有する円筒状部材であることも可能である。中央ボア６８は、燃料供給通路７０から連続的に供給される加圧燃料を保持する圧力室として機能し得る。噴射中に、燃料ライン５０からの加圧燃料は、燃料供給通路７０と中央ボア６８とを通ってノズル部材５６に流れることが可能であり得る。
【００２１】
制御室７１は、加圧燃料を選択的に排出するかまたは供給して、ニードル弁要素５８の移動を制御することが可能である。具体的には、制御通路７３により、制御室７１に関連するポート７５とソレノイドアクチュエータ５９とを流体連結し得る。ニードル弁要素５８の軸方向移動に対して半径方向に配置される制御室７１の側壁内に、ポート７５を配置することが可能である。ポート７５は、それを通した制御通路７３内への流量絞りを増大させるポート７５を段階的に閉塞することを許容するために、制御通路７３の直径よりも大きい直径を有し得る。また、制御室７１には、燃料供給通路７０と連通する供給通路７７を介して加圧流体を連続的に供給することが可能である。制御室７１への燃料供給通路７０の開口部とノズル部材５６との間に、ポート７５を軸方向に配置し得る。供給通路７７の直径は、制御通路７３から加圧燃料が排出されたときに制御室７１内の圧力低下を許容するために、制御通路７３の直径よりも小さくてもよい。
【００２２】
ノズル部材５６は、ニードル弁要素５８を受け入れるように構成される中央ボア７２を有する円筒状部材として具体化することも可能である。ノズル部材５６は、加圧燃料が中央ボア６８からエンジン１０の燃焼室２２内に入ることを許容するために、１つ以上のオリフィス８０を含むことも可能である。
【００２３】
ニードル弁要素５８は、ハウジングガイド５４およびノズル部材５６内に摺動配置される細長い円筒状部材であり得る。ニードル弁要素５８は、その先端８２が、オリフィス８０を通過する燃料流を遮断する第１の位置と、燃料流が燃焼室２２内に入ることを許容するようにオリフィス８０が開く第２の位置との間で軸方向に可動であり得る。
【００２４】
通常、ニードル弁要素５８を第１の位置に向かって付勢することが可能である。特に、図２から理解できるように、それぞれの燃料噴射器３２は、先端８２をオリフィス閉塞位置に向かって軸方向に付勢するために、ガイド５４のストッパ９２とニードル弁要素５８の座面９４との間に配置されたバネ９０を含み得る。燃料噴射器３２内の構成部材の摩耗を低減するために、第１のスペーサ９６をバネ９０とストッパ９２との間に配置することが可能であり、また第２のスペーサ９８をバネ９０と座面９４との間に配置することが可能である。
【００２５】
ニードル弁要素５８は複数の駆動油圧面を有し得る。特に、ニードル弁要素５８は、加圧燃料が作用したときにニードル弁要素５８を第１の位置すなわちオリフィス閉塞位置に向かって駆動するようにする油圧面１００と、バネ９０の付勢に抗しかつニードル弁要素５８を第２の位置すなわちオリフィス開口位置に向かって反対方向に駆動する油圧面１０４とを含むことが可能である。
【００２６】
ソレノイドアクチュエータ５９をニードル弁要素５８の先端８２の反対側に配置して、ニードル弁要素５８の移動を制御することが可能である。特に、ソレノイドアクチュエータ５９は、制御室７１とタンク２８との間の制御通路７３内に配置された３位置比例弁要素１０６を含み得る。燃料が制御室７１からタンク２８に流れることを許容する第１の位置と、燃料ライン５０からの加圧燃料が制御通路７３を通って制御室７１に流入する第２の位置と、制御通路７３を通過する燃料流が遮断される第３の位置との間で移動するように、比例弁要素１０６をバネで付勢しまたソレノイドで作動させることが可能である。第１の位置と第２の位置と第３の位置との間で比例弁要素１０６を位置決めすることによって、制御通路７３を通過する燃料の流量と流れ方向とを決定することが可能である。比例弁要素１０６は、それに関連するソレノイド１０８に印加された電流に応答して、第１の位置と第２の位置と第３の位置との間で可動であり得る。代わりに、比例弁要素１０６を油圧で作動させるか、機械的に作動させるか、空気圧で作動させるか、または他の任意の適切な方法で作動させ得ることが考慮される。さらに、比例弁要素が、制御室の排出位置と制御室の充填位置との間でのみ可動である２位置弁要素であり得ることが考慮される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本開示の燃料噴射器は、例えば、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンとガス燃料エンジンとを含む種々のエンジン型式に広く適用することができる。開示される燃料噴射器は、加圧燃料システムを利用する任意のエンジンに実装することが可能であり、この場合、ニードル弁の摩耗を最小限に抑えつつ、予測可能な一貫した燃料噴射を行うことが有利であり得る。次に、燃料噴射器３２の作動について説明する。
【００２８】
流体圧によって生じた力の不均衡によって、ニードル弁要素５８を移動させることが可能である。例えば、ニードル弁要素５８が第１の位置すなわちオリフィス閉塞位置にある場合、燃料供給通路７０からの加圧燃料が制御室７１に流入して、油圧面１００に作用することが可能である。それと同時に、燃料供給通路７０からの加圧燃料が、噴射を予想して中央ボア６８に流入することが可能である。油圧面１００に発生された油圧力と組み合わせられたバネ９０の力は、油圧面１０４に発生された反力よりも大きいことが可能であり、これにより、ニードル弁要素５８が第１の位置に留まって、オリフィス８０を通過する燃料流が制限される。オリフィス８０を開くためにまた加圧燃料を中央ボア６８から燃焼室２２内に噴射するために、ソレノイドアクチュエータ５９は、加圧燃料を制御室７１と油圧面１００とから選択的に排出するように比例弁要素１０６を移動させることが可能である。油圧面１００に作用する圧力のこの減少により、油圧面１０４にわたって作用する反力がバネ９０の付勢力を克服することが可能になり、これによって、ニードル弁要素５８がオリフィス開口位置に向かって移動する。
【００２９】
ニードル弁要素５８のオリフィス開口移動中に、大きなモーメントを発生させることが可能である。ニードル弁要素５８の移動が十分に減衰されなかった場合、ニードル弁要素５８の基端が、制御室７１の軸方向下面に衝突することが可能であり、これによって、オリフィス８０を通過して燃焼室２２に向かう加圧燃料流が遮断される。
【００３０】
ポート７５は、ニードル弁要素５８のオリフィス開口移動を減衰させるように位置決めされている。特に、ポート７５は制御室７１の半径方向側壁内に配置されるので、ポート７５は、ニードル弁要素５８の基端によって段階的に遮断され、これにより、制御室７１から制御通路７３を通ってタンク２８に向かう燃料流が段階的に制限される。最終的には、ニードル弁要素５８の移動中に、制御室７１内に留まっている燃料の圧力がニードル弁要素５８のモーメントを相殺する程度に十分であるこのような箇所に対して、燃料流が制限されて、ニードル弁要素５８が制御室７１の軸方向下面に接触する前にニードル弁要素５８の移動が減速され、最終的に停止される。特に、制御室７１内の蓄積圧力は、ニードル弁要素５８の基端と制御室７１の軸方向下面との間の距離を常に維持する程度に十分である。ポート７５は、決して、完全には遮断されないので、制御室７１内の蓄積圧力は、ニードル弁要素５８の移動方向を反転させる程度にまた燃料供給特性を変化させる程度に十分である。さらに、ニードル弁要素５８と制御室７１の軸方向下面とが、燃料噴射器３２の作動中には接触しないので、燃料システム１２の摩耗および騒音レベルが低減され、一方、燃料システム１２の構成部材の寿命が長くなる。
【００３１】
本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の燃料噴射器に種々の修正および変更をなし得ることが当業者には明らかであろう。本明細書に開示されている燃料噴射器の仕様および実施を考慮すれば、他の実施形態が当業者には明らかであろう。仕様および実施例は模範的なものに過ぎないと考えるべきであり、本発明の真の範囲は、以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】開示される模範的な燃料システムの概略図である。
【図２】図１の燃料システム用の開示される模範的な燃料噴射器の断面図である。
【図１】
2008531922.tif 000003
【図２】
2008531922.tif 000004
【国際調査報告】
2008531922.tif 000005
2008531922.tif 000006
2008531922.tif 000007