(57)【要約】【課題】バルブニードルの移動時間を短縮し、小型で低価格のアクチュエータを使用できる、静的漏洩の問題がないバルブ制御装置を提供する。【解決手段】使用時に作用する噴射バルブ部材制御チャンバ（２５）内の燃料圧力の作用で閉鎖位置と開放位置との間で移動できる噴射バルブ部材（５）を持つ燃料噴射バルブを含む、圧縮点火式内燃エンジン用燃料インジェクタ（１）を提供する。燃料インジェクタ（１）は、更に、噴射バルブ部材制御チャンバ（２５）に連結した高圧燃料供給通路（１７）と、噴射バルブ部材制御チャンバ（２５）と燃料出口通路（５９）との間に連結された排出バルブ（６１）を低圧リザーバ又はドレンに対して開閉するように作動できるアクチュエータとを備える。高圧燃料供給通路（１７）に遮断バルブが設けられており、この遮断バルブは、遮断バルブ部材（２９）を有し、この遮断バルブ部材（２９）は、使用時に、遮断バルブ部材（２９）に作用する遮断バルブ部材制御チャンバ（５１）内の燃料圧力の作用で閉鎖位置と開放位置との間で移動できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮点火式内燃エンジン用の燃料インジェクタ（１）であって、
前記燃料インジェクタ（１）は、燃料噴射バルブを備えており、
前記燃料噴射バルブは、使用時に作用する、噴射バルブ部材制御チャンバ（２５）内の燃料圧力の作用で閉鎖位置と開放位置との間で移動できる噴射バルブ部材（５）を有しており、
前記燃料インジェクタは、また、
前記噴射バルブ部材制御チャンバ（２５）に連結した高圧燃料供給通路（１７）と、
前記噴射バルブ部材制御チャンバ（２５）と燃料出口通路（５９）との間に連結された排出バルブ（６１）を低圧リザーバ又はドレンに対して開閉するように作動できるアクチュエータとを備えており、
前記高圧燃料供給通路（１７）に遮断バルブが設けられており、
前記遮断バルブは、遮断バルブ部材（２９）を有しており、
前記遮断バルブ部材（２９）は、使用時に、前記遮断バルブ部材（２９）に作用する遮断バルブ部材制御チャンバ（５１）内の燃料圧力の作用で閉鎖位置と開放位置との間で移動でき、
前記遮断バルブ部材制御チャンバ（５１）は、前記排出バルブ（６１）を介して前記低圧リザーバ又はドレンに連結でき、
燃料移送通路（６３）が、前記噴射バルブ部材制御チャンバ（２５）と前記低圧リザーバ又はドレンとの間に設けられている、燃料インジェクタ（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料インジェクタ（１）において、
前記遮断バルブは、遮断バルブ本体を含み、
前記遮断バルブ本体内で、ピストンの形態の前記遮断バルブ部材（２９）が、ピストンチャンバ（３１）内で摺動可能に移動でき、
前記バルブ本体は、第１端部が前記遮断バルブ部材制御チャンバ（５１）に流体的に連結されており、
第２端部が、これらの二つの端部間の中間燃料チャンバ（３４）のところで前記高圧燃料移送通路（１７）に流体的に連結されており、
前記バルブ本体には、前記中間チャンバ（３４）と前記第２端部との間に弁座が設けられており、
前記ピストン（２９）には、前記遮断バルブの閉鎖時に前記弁座と係合して前記高圧燃料移送通路（５５）内に流体密閉鎖体を形成できる相補的バルブ面が設けられている、燃料インジェクタ（１）。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料インジェクタ（１）において、
前記ピストンは、
前記バルブ本体の前記第１端部と近接した第１端部に、前記遮断バルブ部材制御チャンバ（５１）と流体連通した第１スラスト面（４９）を有し、
前記バルブ本体の前記第２端部と近接した第２端部に、前記噴射バルブ部材制御チャンバ（２５）と流体連通した第２スラスト面（４３）を有し、
これらの二つの端部間に、前記ピストン（２９）の前記第１端部と近接した第１中間スラスト面（４７）を有し、
前記ピストン（２９）の前記第２端部と近接した第２中間スラスト面（４５）を有し、
前記第１中間スラスト面（４７）及び前記第２中間スラスト面（４５）は、前記中間燃料チャンバ（３４）と流体連通している、燃料インジェクタ（１）。
【請求項４】
請求項１、２、又は３に記載の燃料インジェクタ（１）において、
前記遮断バルブ部材（２９）はアンバランス型である、燃料インジェクタ（１）。
【請求項５】
請求項１、２、又は３に記載の燃料インジェクタ（１）において、
前記遮断バルブ部材（２９）はバランス型である、燃料インジェクタ（１）。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタ（１）において、
弾性エレメント（５３）が、前記遮断バルブ部材（２９）を、前記遮断バルブ部材が開放する位置に押圧する、燃料インジェクタ（１）。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタ（１）において、
制限部（６４）が前記燃料移送通路（６３）に設けられている、燃料インジェクタ（１）。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタ（１）において、更に、
前記高圧燃料供給通路（１７）と前記遮断バルブ部材制御チャンバ（５１）との間に連結された、制限部を持つ燃料供給通路（５７）を備えた、燃料インジェクタ（１）。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の燃料インジェクタ（２０１）において、更に、
高圧燃料供給通路（２１７）と前記噴射バルブ部材制御チャンバ（２２５）との間に直接的に連結された、制限部を持つ燃料供給通路（２７０）を備えた、燃料インジェクタ（２０１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料インジェクタのバルブニードルを、燃料の噴射が行われる位置及び燃料の噴射が阻止される位置に位置決めするための改良バルブ制御装置を持つ燃料インジェクタに関する。詳細には、本発明は、高圧燃料供給装置と噴射バルブニードル制御チャンバとの間の高圧燃料の流れを制御するために遮断バルブを使用するバルブ制御装置に関する。これは、インジェクタからの静的漏洩をなくし、動的漏洩を減少し、インジェクタの性能を向上し、特にインジェクタの丈夫さを向上し、バルブニードルの開閉速度を改善するための構成である。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータによって作動される排出バルブを使用し、バルブニードル制御チャンバ内の燃料の圧力を制御することによって、燃料インジェクタ内でのバルブニードルの移動を制御して燃料噴射の開始及び停止できるようにすることが公知である。この種のバルブ制御装置は、欧州特許第ＥＰ１１６３４４０号に記載されている。ここに記載された装置では、弁座から遠方のバルブニードルの端部のスラスト面に、ニードル制御チャンバ内の加圧燃料による力が加わり、これがバルブニードルに作用する。バルブニードルの遠位端と近位端の間に中間スラスト面が設けられており、ここにノズル本体の関連した環状チャンバ内の加圧燃料による力が加わる。
【０００３】
高圧燃料供給源からの燃料は、入口通路の入口オリフィス（ＩＮＯ）を通ってバルブニードル制御チャンバに流入できる。燃料は、排出バルブがソレノイドアクチュエータによって開放されたとき、バルブニードル制御チャンバから、漏洩オリフィス（ＳＰＯ）を通って、低圧リザーバ又はドレンに流出できる。燃料は、高圧燃料供給源からノズル本体内の環状チャンバに流入し、このチャンバから噴射オリフィスを通って流出する。これらの噴射オリフィスは、バルブニードルが上下するとき、開閉される。
【０００４】
作動では、バルブニードルを持ち上げるため、従って噴射オリフィスを開放するため、排出バルブをソレノイドアクチュエータの直接的制御下で開放する。バルブニードル制御チャンバ内の燃料は、ＳＰＯを介して低圧ドレンに流出できる。バルブニードル制御チャンバに続く高圧燃料供給ラインにＩＮＯが設けられているため、バルブニードル制御チャンバ内の燃料の圧力が低下し、かくして、遠位スラスト面に作用する燃料により、バルブニードルに加わる下方への力が低下する。更に、高圧燃料が、バルブニードルの中間スラスト面に作用しており、その結果、バルブニードルのスラスト面に加わる上方への力が、バルブニードルに加わる下方への力よりも大きくなり、かくして、バルブニードルは上方への移動を開始する。噴射オリフィスを開放すると、ノズル本体のチャンバ内の燃料が、比較的低圧のエンジンのシリンダに流出し、かくして、ノズル本体の環状チャンバ内の燃料圧力が低下する。ノズル本体の環状チャンバ内の燃料の圧力が低下すると、バルブニードルに作用する上方への力が減少する。しかしながら、この時点で、スラスト面に作用する上方への力は、依然、バルブニードルに加わる下方への力よりも大きく、かくして、バルブニードルは持ち上げ位置にとどまり、噴射オリフィスを通した燃料噴射が続行される。
【０００５】
バルブニードルを下げ、噴射オリフィスを閉鎖し、かくして、燃料の噴射を停止するために、排出バルブが閉鎖位置に移動する。これは、ソレノイドへの電流の供給を停止することによって、また、排出バルブ部材に作用する圧縮コイルばねの直接的作用によって行われる。これにより、バルブニードル制御チャンバから低圧ドレンへの出口を閉鎖する。高圧燃料が、ＩＮＯを介して、ニードル制御チャンバに供給され続けているため、ニードル制御チャンバ内の燃料の圧力は上昇する。バルブに加えられる下方への力が上方への力よりも大きくなり、かくしてニードルが下方に移動する。
【０００６】
この従来技術バルブ制御装置は、液圧バランス型（ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ  ｂａｌａｎｃｅｄ）排出バルブを使用する。液圧バランス型排出バルブを使用する必要がある。というのは、排出バルブの移動の制御に小型のソレノイドアクチュエータが使用されるためであり、また、こうした小型のアクチュエータは、アンバランス型バルブに作用するバルブニードル制御チャンバ内の燃料の高い圧力に抗してアンバランス型バルブを閉鎖するのに十分な力を発生できないためである。小型のソレノイドアクチュエータは、インジェクタの本体内に配置できるため、このような小型のソレノイドアクチュエータを使用するのが望ましい。更に、小型アクチュエータを使用することと関連して費用の低減がなされる。
【０００７】
液圧バランス型バルブの欠点は、静的漏洩がつきものであるということである。静的漏洩は、排出バルブ前後の、高圧側（即ち、バルブニードル制御チャンバ）から低圧ドレンへの漏洩であり、排出バルブに作用する燃料の高い圧力及び温度によって悪化する。この静的漏洩のため、比較的高い圧送容量が必要とされ、圧力が加えられた燃料が低圧ドレンに逃げてしまうため、エネルギの無駄が生じる。
【０００８】
上文中に説明したように、アンバランス型バルブは、使用できない。というのは、アンバランス型バルブを駆動するのに必要な力が、インジェクタ本体に装着されない比較的大型のソレノイドアクチュエータによってしか、又は、極端に高価な圧電式アクチュエータ等の異なる種類のアクチュエータによってしか供給できないからである。
【０００９】
更に、従来技術の制御装置には、バルブニードルを持ち上げたときに動的燃料漏洩が生じるという欠点がある。動的燃料漏洩は、排出バルブが開放しているとき、高圧燃料入口と低圧リザーバ又はドレンとの間でピストン制御チャンバを介して生じる。動的漏洩は、静的漏洩に関して上文中に説明したのと同じ理由のため、不都合である。
【００１０】
従来技術のバルブ制御装置には、入口オリフィス及び漏洩オリフィスが設けられている。これにより、バルブニードルの閉鎖速度を最大にできるようになっている。即ち、排出バルブの閉鎖時期と、バルブニードル制御チャンバ内の燃料の圧力が、バルブニードルに加わる下方への力が上方に加わる力よりも大きい所定レベルに達する時期との間の遅延が、最小にできるようになっている。また、バルブニードルの開放速度を最大にできるようになっている。即ち、排出バルブの開放時期と、バルブニードル制御チャンバ内の燃料の圧力が、バルブニードルに加わる上方への力が、ニードルに加わる下方への力よりも大きい所定レベルまで低下する時期との間の遅延が、最小にできるようになっている。
【００１１】
バルブニードルの閉鎖速度を最大にするためには、バルブニードル制御チャンバをできるだけ迅速に充填する必要がある。理想的情況では、燃料入口に制限がなく、即ち入口オリフィスがなく、また、燃料出口が大きく制限されており、即ち小さな漏洩オリフィスがある。しかしながら、バルブニードルの開放速度を高くすることも望まれており、これにはバルブニードル制御チャンバを出口通路を通してできるだけ迅速に空にする必要がある。この場合、燃料出口に制限がなく、即ち漏洩オリフィスがなく、また、燃料入口が大きく制限されており、即ち小さな漏洩オリフィスがあるのが望ましい。
【００１２】
従って、バルブニードルの急速開放についての要件と急速閉鎖についての要件との間には矛盾がある。得ることができる最良の作動特性を提供するように妥協策が考えられ、入口オリフィス及び出口オリフィスを適合した。
【００１３】
かくして、従来技術の制御装置には、望ましからぬレベルの静的漏洩及び動的漏洩があるという問題点によって、また、排出バルブの作動とバルブニードルの移動との間に比較的長い遅延時間があるという問題点によって、制限がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】欧州特許第ＥＰ１１６３４４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、バルブニードルの移動時間を短縮し、小型で低価格のアクチュエータを使用できる、静的漏洩の問題がないバルブ制御装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従って、本発明は、圧縮点火式内燃エンジン用の燃料インジェクタであって、
前記燃料インジェクタは、燃料噴射バルブを備えており、
前記燃料噴射バルブは、使用時に作用する、噴射バルブ部材制御チャンバ内の燃料圧力の作用で閉鎖位置と開放位置との間で移動できる噴射バルブ部材を有しており、
前記燃料インジェクタは、また、
前記噴射バルブ部材制御チャンバに連結した高圧燃料供給通路と、
前記噴射バルブ部材制御チャンバと燃料出口通路との間に連結された排出バルブを、低圧リザーバ又はドレンに対して開閉するように作動できるアクチュエータとを備えており、
高圧燃料供給通路に遮断バルブが設けられており、
この遮断バルブは遮断バルブ部材を有し、
この遮断バルブ部材は、使用時に、遮断バルブ部材に作用する遮断バルブ部材制御チャンバ内の燃料圧力の作用で閉鎖位置と開放位置との間で移動でき、
遮断バルブ部材制御チャンバは、排出バルブを介して、低圧リザーバ又はドレンに連結でき、
燃料移送通路が、噴射バルブ部材制御チャンバと低圧リザーバ又はドレンとの間に設けられている、燃料インジェクタを提供する。
【００１７】
使用では、遮断バルブは、実際には、噴射バルブニードル制御チャンバに燃料を供給できる流量と、噴射バルブニードル制御チャンバから燃料を排出（ドレン）できる流量との間の比を変化する。これにより、インジェクタの液圧指令を更に迅速に最適化でき、かくして、インジェクタの性能を向上できる。従来技術の制御装置と異なり、ＮＰＯやディファレンシャル区分等の他の特徴を必要としない。ディファレンシャル区分は、ニードルよりも大径のピストンの形態であってもよい。このようにして、制御チャンバ内の加圧燃料は、ノズル本体内の加圧燃料よりも大きい面積に作用し、ニードルバルブを閉鎖するように作用する正味力を増大する。ＮＰＯは、噴射中にノズル本体内の圧力を減少するオリフィスである。圧力降下により、バルブニードルの下方に向いたスラスト面は、上方に向いたスラスト面（即ち、バルブニードルの頂部のスラスト面）よりも圧力が低い燃料に露呈される。この場合も、ニードルバルブを閉鎖するように作用する正味力が、これにより、増大する。本発明では、制御チャンバに流入する流量が高く、これにより必要な正味閉鎖力が提供されるため、ＮＰＯやディファレンシャル区分等は必要とされない。更に、本発明により、動的漏洩を減少できる。これは、失われる加圧燃料が少なく、燃料噴射システムが使用するエネルギが少ないため、有利である。更に、燃料出口通路を通過する燃料の圧力が低下するため、排出バルブはアンバランス型であってもよく、かくして、静的漏洩をなくすとともに、バランス型排出バルブで従来使用されたアクチュエータと同様のアクチュエータによって作動できる。
【００１８】
好ましくは、遮断バルブは、遮断バルブ本体を含み、遮断バルブ本体内で、ピストンの形態の遮断バルブ部材が、ピストンチャンバ内で摺動自在に移動でき、バルブ本体は、第１端部が、遮断バルブ部材制御チャンバに流体的に連結されており（すなわち、流体連通可能に連結されており）、第２端部が、これらの二つの端部間の中間燃料チャンバのところで高圧燃料移送通路に流体的に連結されており（すなわち、流体連通可能に連結されており）、バルブ本体には、中間チャンバと第２端部との間に弁座が設けられており、ピストンには、遮断バルブの閉鎖時に弁座と係合して高圧燃料移送通路内に流体密閉鎖体を形成できる相補的バルブ面が設けられている。
【００１９】
好ましくは、ピストンは、バルブ本体の第１端部と近接した第１端部に、遮断バルブ部材制御本体と流体連通した第１スラスト面を有し、バルブ本体の第２端部と近接した第２端部に、噴射バルブ部材制御チャンバと流体連通した第２スラスト面を有し、これらの二つの端部間に、ピストンの第１端部のと近接した第１中間スラスト面を有し、ピストンの第２端部と近接した第２中間スラスト面を有し、第１中間スラスト面及び第２中間スラスト面は、中間燃料チャンバと流体連通している。
【００２０】
好ましくは、遮断バルブ部材はアンバランス型である。アンバランス型遮断バルブ部材、例えばピストンを設けるのが有利である。これは、排出バルブが閉鎖しているとき、遮断バルブ部材の下方への移動と関連した遅延を減少し、従って、噴射バルブ部材例えばバルブニードルが閉鎖する速度を上昇するのに使用できるためである。
【００２１】
遮断バルブ部材をアンバランス型と呼ぶのは、遮断バルブ部材を第１方向、例えば下方に移動する、加圧燃料からの力に露呈される遮断バルブ部材の断面積と、
遮断バルブ部材を第１方向とは逆の第２方向、例えば上方に移動する、加圧燃料からの力に露呈される遮断バルブ部材の断面積と
の間に差があるためである。
【００２２】
本発明の好ましい実施例では、遮断バルブ部材の比較的大きな断面積に、遮断バルブ部材を下方に押圧する加圧燃料が作用する。
別の態様では、遮断バルブ部材はバランス型であってもよい。遮断バルブ部材がバランス型である場合には、即ち、燃料圧力によりいずれかの方向に力が加わる断面積が等しい場合には、制御チャンバに流入する好ましい流量及び制御チャンバから流出する好ましい流量を得るように液圧システムを最適化することによって、遮断バルブ部材が下方に移動する上での遅延を減少でき、従って噴射バルブの閉鎖速度を上昇できる。
【００２３】
好ましくは、弾性エレメントが、遮断バルブ部材を、遮断バルブ部材が開放する位置に押圧する。
好ましくは、制限部が燃料移送通路に設けられている。これは、これによって噴射バルブ部材の移動速度を最適化できるため、有利である。燃料噴射バルブが開放状態にある間、噴射バルブ部材（代表的には、バルブニードル）が上方に移動するとき、噴射バルブ部材の移動速度を制御できる手段を設ける必要がある。従来技術では、これは、燃料入口通路で制限部を使用することによって行われてきた。本発明では、燃料入口通路には制限部が設けられていない。その代わり、噴射バルブ部材の移動速度を、噴射バルブ部材制御チャンバ内の圧縮効果で制御する。排出バルブが開放されたとき、噴射バルブ部材制御チャンバ内の圧力が低下し、噴射バルブ部材は上方への移動を開始する。噴射バルブ部材制御チャンバ内の圧力の低下は、噴射バルブ部材制御チャンバを低圧リザーバ又はドレンに連結する燃料移送通路内の制限部（代表的にはオリフィス）によって制御される。噴射バルブ部材が上方に移動するとき、噴射バルブ部材制御チャンバの容積が減少し、これにより、その内部の圧力が上昇する。移送通路に制限部を設け、また、噴射バルブ部材制御チャンバの容積を減少させた効果により、開放中に噴射バルブ部材制御チャンバ内の圧力が均衡し、これにより噴射バルブ部材の開放速度が制御される。
【００２４】
好ましくは、燃料インジェクタは、さらに、高圧燃料供給通路と遮断バルブ部材制御チャンバとの間に連結された、制限部を持つ燃料供給通路を含む。この制限部を持つ燃料供給通路を設けることによって得られる利点は、液圧システムの最適化を容易にすることである。
【００２５】
本発明の第２の変形例では、燃料インジェクタは、高圧燃料供給通路と遮断バルブ部材制御チャンバとの間に連結された、制限部を持つ燃料供給通路と、高圧燃料供給通路と噴射バルブ部材制御チャンバとの間を直接的に連結する制限部を持つ燃料供給通路とを備えていてもよい。この第２実施例の利点は、噴射バルブ部材制御チャンバに続く、制限部を持つ燃料供給通路内の入口オリフィスが、改良された制御された流れを得るための追加の自由度を提供することによって、前記システムの液圧指令の最適化を容易にするということである。
【００２６】
制限部を持つ燃料供給通路を設けることにより、排出バルブが閉鎖している場合、噴射バルブ部材制御チャンバの急速充填が容易であり、かくして、バルブ部材が急速に閉鎖される。第１実施例では、排出バルブの閉鎖と、遮断バルブ部材が移動して噴射バルブ部材制御チャンバへの高圧燃料供給ラインを開放することとの間に遅延がある。これは、遮断バルブ部材制御チャンバ燃料供給ラインに制限部が設けられているため、遮断バルブ部材制御チャンバを加圧燃料で充填するのに或る程度の時間が掛かるためである。バルブニードルを更に迅速に閉鎖する性能は、持続時間が短い噴射を容易にする。更に、制限部を持つ燃料供給通路のオリフィスは過度の自由度を提供し、これにより液圧システムの最適化を更に良好に行うことができる。
【００２７】
本発明の第４の変形例では、燃料インジェクタは、更に、高圧燃料供給通路と噴射バルブ部材制御チャンバとの間に直接的に連結された、制限部を持つ燃料供給通路を備えることができる。この制限部を持つ燃料供給通路を設けることは、液圧システムの最適化を容易にする上で有利である。
【００２８】
本発明の重要な特徴の一つは、排出バルブの開放又は閉鎖と、噴射バルブの開放又は閉鎖と、の間の液圧遅延である。噴射バルブを迅速に閉鎖するためには、遮断バルブ部材制御チャンバを迅速に再充填する必要がある。これは、本発明の好ましい実施例では、燃料を、高圧燃料供給部から（制限部を介して）遮断バルブ部材制御チャンバに直接的に供給することによって行われる。しかしながら、本発明は、遮断バルブ部材制御チャンバに高圧燃料を供給することなく実施できる。本発明の第４実施例はこのようなシステムを使用する。この構成では、高圧燃料ラインが、噴射バルブ部材制御チャンバに設けられており、これを使用して、遮断バルブ部材制御チャンバを、噴射バルブ部材制御チャンバからの燃料移送通路を介して充填する。
【００２９】
次に、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施例による燃料インジェクタの概略部分図であり、燃料インジェクタは、噴射ニードルバルブと、噴射ニードルバルブのバルブニードルの上下動を制御するための噴射バルブニードル制御装置とを備えている。バルブニードルは着座位置で示してあり、噴射オリフィスは閉鎖されている。
【図２】図２は、図１の噴射バルブニードル制御装置の拡大概略図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例による燃料インジェクタの概略部分図であり、燃料インジェクタは、噴射ニードルバルブと、噴射ニードルバルブのバルブニードルの上下動を制御するための噴射バルブニードル制御装置とを備えている。バルブニードルは着座位置で示してあり、噴射オリフィスは閉鎖されている。
【図４】図４は、本発明の第３実施例による燃料インジェクタの概略部分図であり、燃料インジェクタは、噴射ニードルバルブと、噴射ニードルバルブのバルブニードルの上下動を制御するための噴射バルブニードル制御装置とを備えている。バルブニードルは着座位置で示してあり、噴射オリフィスは閉鎖されている。
【図５】図５は、本発明の第４実施例による燃料インジェクタの概略部分図であり、燃料インジェクタは、噴射ニードルバルブと、噴射ニードルバルブのバルブニードルの上下動を制御するための噴射バルブニードル制御装置とを備えている。バルブニードルは着座位置で示してあり、噴射オリフィスは閉鎖されている。
【図６】図６は、本発明の第５実施例による燃料インジェクタの概略部分図であり、燃料インジェクタは、噴射ニードルバルブと、噴射ニードルバルブのバルブニードルの上下動を制御するための噴射バルブニードル制御装置とを備えている。バルブニードルは着座位置で示してあり、噴射オリフィスは閉鎖されている。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
燃料インジェクタ１には、図１に示すように、本発明の好ましい実施例によるバルブニードル制御装置３が設けられている。燃料インジェクタ１は、バルブニードル５がインジェクタノズル本体７内に配置された従来の構成のニードルバルブを含む。
【００３２】
バルブニードル５は細長く、円形の断面輪郭を有し、下端にバルブ面９を有する。バルブ面９の形状は、ノズル本体７に設けられた弁座１１と相補的であり、バルブ面９が弁座１１と接触したとき、流体密シールがこれらの間に形成される。
【００３３】
バルブニードル５の上端にはガイド面１３が設けられている。このガイド面１３は、バルブニードル５がノズル本体７に対して摺動できるようにノズル本体７と係合する。バルブニードル５とノズル本体７との間の隙間は、バルブ面９とガイド区分１３との間に配置された燃料供給チャンバ１５からガイド区分１３を横切る加圧燃料の流れを最小にするため、最小にされている。燃料供給チャンバ１５は環状であり、高圧燃料ライン１７によって燃料が供給される。高圧燃料ライン１７は、ノズル本体７内の環状凹所１９に燃料を供給する。ガイド区分１３の下部分には、截頭円錐形中間スラスト面２１ａが設けられており、バルブニードル５の下部分には、截頭円錐形近位スラスト面２１ｂが設けられている。燃料供給チャンバ内の加圧燃料は、これらのスラスト面２１ａ及び２１ｂに作用する。
【００３４】
バルブニードル５の上端には、円柱状ばねガイド２４及びその周囲の環状表面の夫々によって形成された遠位スラスト面２３ａ及び２３ｂが設けられている。これらの遠位スラスト面２３ａ、２３ｂは、バルブニードル制御チャンバ２５の下壁を形成する。バルブニードル制御チャンバ２５の上壁及び側壁は、ノズル本体７によって形成されている。
【００３５】
バルブニードル制御チャンバ２５内には、圧縮コイルばね２７が設けられている。圧縮コイルばね２７は、遠位スラスト面２３ｂ及びバルブニードル制御チャンバ２５の上壁２８に着座する。
【００３６】
バルブニードル制御装置３は、全体に参照番号２９を付した円形断面のピストンを含む。このピストン２９は、円形断面のピストンチャンバ３１内に収容されている。
ピストンチャンバ３１は、三つの同心のボアから形成された段状の輪郭を有する。ピストンチャンバ３１は、最も小径の上ボア３３と、比較的大径の中間ボア３４と、最も大径の下ボア３５とを含む。上ボア３３は、その上端及び下端が開放している。上ボア３３の下端は中間ボア３４の上端に開放しており、中間ボア３４は下ボア３５に開放しており、下ボア３５の下端には、バルブニードル制御チャンバ２５の上壁２８の開口部３６と連通した開口部が設けられている。
【００３７】
ピストン２９は、中間ボア３４よりも大径であるが下ボア３５よりも小径の円柱状の下バルブ部分３７と、上ボア３３よりも小径となっている同心で円柱状の中間部分３９と、上ボア３３よりも僅かに小径となっている同心で円柱状の上ガイド部分４１とを含む。上ガイド部分４１は、上ボア３３よりも僅かに小径である。このようにして、ピストン２９がボア３３内で案内され、これに対して摺動でき、ガイド部分４１を横切る燃料の流れを最小にするようになっている。
【００３８】
ピストン２９は、その下バルブ部分３７の下面には、下スラスト面４３が設けられており、下バルブ部分３７の上面には、環状中間スラスト面４５が設けられており、ガイド部分４１の下面には環状第２中間スラスト面４７が設けられており、ガイド部分４１の上面には上スラスト面４９が設けられている。環状の第１中間スラスト面４５の面積は、環状の第２中間スラスト面４７の面積よりも大きい。
【００３９】
ガイド部分４１は、上ボア３３の外側に、ピストン制御チャンバ５１内に延びている。上スラスト面４９は、ピストン制御チャンバ５１の下壁の一部を形成する。下壁の残りの部分、上壁、及び側壁は、燃料インジェクタ１の本体によって形成される。ピストン制御チャンバ５１内には、圧縮コイルばね５３が設けられている。圧縮コイルばね５３は、スラスト面４９及びピストン制御チャンバ５１の上壁に着座する。
【００４０】
高圧燃料入口ライン５５が、ピストンチャンバ３１の中間ボア３４に連結されている。入口オリフィス５８が設けられた燃料入口通路５７が、ピストン制御チャンバ５１に連結されている。漏洩オリフィス６０が設けられた燃料出口通路５９が、ピストン制御チャンバ５１を、低圧リザーバ即ちドレンに連結している。排出バルブ６１が、燃料出口通路５９に連結されている。排出バルブ６１にもオリフィスが設けられている。しかしながら、排出バルブ６１のオリフィスは、漏洩オリフィス６０よりも制限が小さい。オリフィス６４を備えた燃料移送通路６３が、ピストン制御チャンバ５１とバルブニードル制御チャンバ２５とを連結している。
【００４１】
作動に当たっては、燃料インジェクタ１からの燃料の噴射を行うのが望ましくない場合には、バルブニードル５に作用する下方への正味力により、バルブ面９が弁座１１に当たった状態に保持されるように、アクチュエータ（図示せず）の作動により排出バルブ６１を閉鎖する。下方への正味力は、バルブニードル５の遠位スラスト面２３ａ、２３ｂに下方に作用する、バルブニードル制御チャンバ２５内の高圧燃料からの力と、ばね２７が発生する下方へのばね力との組み合わせにより発生する。下方への正味力は、燃料供給チャンバ１５内の高圧燃料（高圧燃料ライン１７を介して供給された）により発生した、バルブニードル５の中間スラスト面２１ａ及び近位スラスト面２１ｂに作用する上方への力よりも大きい。
【００４２】
高圧燃料は、バルブニードル制御チャンバ２５に二つの供給源から供給される。第１供給源は、燃料入口通路５７から始まる。これは、入口オリフィス５８を通過し、ピストン制御チャンバ５１を通過し、次いで移送通路６３のオリフィス６４を介してチャンバ２５内に連通する。第２供給源は、高圧燃料入口通路５５からであり、ピストンチャンバ３１を介する供給源である。
【００４３】
バルブニードル制御チャンバ２５内の燃料の圧力を増大する上で必要な第１の作用は、ソレノイドアクチュエータ（図示せず）を使用して排出バルブ６１を閉鎖することによって、ピストン制御チャンバ５１からの出口５９を閉鎖することである。これにより、燃料入口通路５７からピストン制御チャンバ５１に供給された燃料が、燃料出口通路５９を介して低圧ドレンに出ないようにする。入口通路５７からの高圧燃料は、ピストン制御チャンバ５１を充填し、かくして、ピストン制御チャンバ５１内の燃料圧力を上昇する。更に、高圧燃料は、移送通路６３のオリフィス６４を介してバルブニードル制御チャンバ２５に移送され、かくして、バルブニードル制御チャンバ２５内の燃料圧力を上昇する。
【００４４】
バルブニードル制御チャンバ２５内の燃料の圧力を増大する上で必要な第２の作用は、高圧燃料入口通路５５とバルブニードル制御チャンバ２５との間の燃料流路を開放することである。これを行うため、ピストン２９が下方に移動することにより下バルブ部分３７が中間ピストンボア３５から離間するように、ピストン２９に下方への正味力を加えなければならない。ピストン制御チャンバ５１内の燃料の圧力が、所定レベルまで上昇したとき、ピストン２９が下方に移動する。その所定レベルとは、加圧燃料によって発生されピストン２９の上スラスト面４９に作用する力と、ばね５３によって加えられた下方への力と、ライン５５からの高圧燃料によって発生され、環状第１中間スラスト面４５に作用する力との組み合わせが、バルブニードル制御チャンバ２５から開口部３６を通過する燃料により下スラスト面４３に作用する上方への力と、ライン５５からの高圧燃料によって発生され、第２中間スラスト面４７に作用する力との組み合わせよりも大きい場合である。
【００４５】
ピストン２９が下方に移動するとき、下バルブ部分３７の上面が下ボア３５の上面から離間する。これにより燃料入口通路５５とバルブニードル制御チャンバ２５との間の燃料流路が開放する。これにより、バルブニードル制御チャンバ２５は、燃料入口通路５５からの高圧燃料によって急速に充填される。
【００４６】
作動に当たっては、燃料を燃料インジェクタ１から噴射するのが所望である場合には、バルブニードル５に上方への正味力を加えることによって、バルブニードル５を弁座１１から持ち上げて離さなければならない。これを行うため、バルブニードル制御チャンバ２５内の燃料の圧力を低下しなければならない。
【００４７】
第１工程は、ソレノイドアクチュエータ（図示せず）を使用して排出バルブ６１を開放することによって、ピストン制御チャンバ５１からの燃料出口通路５９を開放する工程である。これにより、ピストン制御チャンバ５１内の高圧燃料と、高圧燃料入口通路５７及び燃料移送通路６３からピストン制御チャンバ５１に流入する高圧燃料とを、低圧ドレン又はリザーバに逃がすことができ、かくして、第１工程として、ピストン制御チャンバ５１内の燃料圧力を低減することができる。
【００４８】
バルブニードル制御チャンバ２５の圧力を燃料移送通路６３を介して逃がすことにより、バルブニードル制御チャンバ２５内の燃料の圧力を低下できる。
更に、ピストン制御チャンバ５１の圧力を逃がすと、下スラスト面４３に加わる力により、ピストン２９が上方に移動するように作用する正味力がピストン２９に作用する効果が得られる。これは、開口部３６を介して作用するバルブニードル制御チャンバ２５内の加圧燃料により生じる、下スラスト面４３に作用する力と、燃料入口通路５５からの燃料圧力により第２中間スラスト面４７に加えられた力とが、燃料入口通路５５からの圧力により第１中間スラスト面４５に作用する力と、ピストン制御チャンバ５１内の燃料の圧力により上スラスト面４９に作用する力と、ピストン２９に下方に作用するばね５３からのばね力とよりも、大きいためである。
【００４９】
ピストン２９が上方に移動すると、下バルブ部分３７の上面がボア３５の上面と接触し、かくして、燃料入口通路５５とバルブニードル制御チャンバ２５との間の流路をなくす。
【００５０】
もはやバルブニードル制御チャンバ２５に高圧燃料が燃料入口通路５５から供給されないため、また、バルブニードル制御チャンバ２５内の燃料が、燃料移送通路６３及び出口通路５９を介して逃がされるため、バルブニードル制御チャンバ２５内の圧力は低下する。この時点で、バルブニードル５に作用する正味力は上方に作用する。これは、ピストン制御チャンバ５１内の燃料の圧力及びばね２７により遠位スラスト面２３ａ、２３ｂに作用する下方への力が、スラスト面２１ａ、２１ｂに作用する上方への力よりも小さいためである。従って、バルブニードル５は上方へ移動し、噴射オリフィスを開放し、燃料噴射を可能にする。
【００５１】
噴射を停止する必要がある場合には、バルブニードル５をノズル本体７に当てた状態にするための上文中に説明した手順を使用する。
ピストン制御チャンバ５１への燃料入口通路５７と、ピストン制御チャンバから延びる燃料出口通路５９及び燃料移送通路６３には、オリフィス５８、６０、６４が夫々設けられている。漏洩オリフィス６０の目的は、排出バルブ６１のバルブ部材のリフトについての許容差の効果を低減することである。排出バルブ部材がその弁座から持ち上げられる距離が、バルブの流れ面積を変化する。漏洩オリフィス６０は、その排出バルブ６１が開放したとき、排出バルブ６１の直下の燃料圧力を低下させる。燃料圧力が低下した場合、流量面積の変化により、バルブを通る流量に及ぼされる効果が小さくなる。これによって、排出バルブ６１のリフト許容差に対するシステムの感度が低下する。
【００５２】
排出バルブ６１内のオリフィスは、排出バルブ６１に作用する圧力のレベルを低下するために設けられている。これは、排出バルブ６１がアンバランス型バルブであるためである。即ち、排出バルブ６１の一方の側にしか高圧が加わらず（他方の側は低圧リザーバに連結されている）、バルブ６１の高圧側の圧力が高ければ高い程、これを閉鎖するのに必要なソレノイドアクチュエータが大型になるためである。ソレノイドアクチュエータは、インジェクタ本体内に装着しなければならないため、その大きさが限られており、かくしてその閉鎖力が限定され、排出バルブ６１に加わる圧力をこれに従って選択しなければならない。
【００５３】
ピストン制御チャンバ５１への流量を減少するため、入口オリフィス５８が、燃料入口通路５７に設けられている。制限部５８が設けられていない場合には、チャンバ５１への流量は、オリフィス６０によって制流がなされる燃料出口通路５９を通してチャンバ５１から逃がすことができる流量よりも大きくなり、その結果、噴射を行うためにバルブニードル５を開放するため、チャンバ５１を排出することができなくなる。
【００５４】
ニードルバルブの開放中、バルブニードル５が上方に移動するとき、バルブニードル５の移動速度を制御できる手段を設ける必要がある。本発明では、バルブニードル５の移動速度は、バルブニードル制御チャンバ２５内の圧縮効果によって制御される。排出バルブ６１を開放すると、バルブニードル制御チャンバ２５内の圧力が低下し、バルブニードル５は上方へ移動を開始する。バルブニードル制御チャンバ２５内の圧力の低下は、燃料移送通路６３内のオリフィス６４によって制御される。バルブニードル５が上方へ移動するとき、バルブニードル制御チャンバ２５の容積が減少する。このことは、このチャンバ内の圧力を上昇する傾向がある。オリフィス６４の効果及びバルブニードル制御チャンバ２５の容積の減少の効果が、開放中、バルブニードル制御チャンバ２５内に均衡した圧力を発生し、これがバルブニードル５の開放速度を制御する。
【００５５】
本発明の第２実施例を図３に示す。この実施例は、第１実施例の全ての特徴を有し（等価の特徴には、先頭に２を付けた同じ参照番号が付してある）、更に、高圧燃料供給ライン２１７とバルブニードル制御チャンバ２２５との間に制限部を持つ燃料供給通路２７０を含む。
【００５６】
作動では、第２実施例は、バルブニードル制御チャンバ２２５が、開口部２３６及び燃料移送通路２６３を介して充填されるのに加え、燃料供給通路２７０からの加圧燃料で充填できるという点で、第１実施例と異なっている。インジェクタの液圧指令を最適化するとき、燃料供給通路２７０は、最適化を行う上で追加の自由度を提供する。
【００５７】
本発明の第３実施例を図４に示す。この実施例は、ピストン制御チャンバ３５１への燃料入口通路がないことを除き、第１実施例の全ての特徴を有する（等価の特徴には、先頭に３を付けた同じ参照番号が付してある）。
【００５８】
作動では、第３実施例は、ピストン制御チャンバ３５１が燃料移送通路３６３を介してしか充填できないという点で、第１実施例と異なっている。インジェクタの液圧指令を最適化するとき、ピストン制御チャンバ３５１への燃料供給通路がないため、最適化を行う上で自由度の一つがなくされる。
【００５９】
本発明の第４実施例を図５に示す。この実施例は、ピストン制御チャンバ４５１への燃料入口通路がなく、高圧燃料供給ライン４１７とバルブニードル制御チャンバ４２５との間に制限部を持つ燃料供給通路４７０を含むことを除き、第１実施例の全ての特徴を有する（等価の特徴には、先頭に４を付けた同じ参照番号が付してある）。
【００６０】
作動では、第４実施例は、ピストン制御チャンバ４５１が燃料移送通路４６３を介してしか充填できないという点で、第１実施例と異なっている。しかしながら、バルブニードル制御チャンバ４２５は、燃料供給通路４７０からの加圧燃料で充填できる。従って、インジェクタの液圧指令を最適化するための自由度が多く維持されている。
【００６１】
本発明の第５実施例を図６に示す。この実施例は、第１実施例の全ての特徴を有する（等価の特徴には、先頭に５を付けた同じ参照番号が付してある）。しかしながら、制御バルブ装置５０３はバランス型ピストン装置を有する。バランス型ピストン装置を使用することにより、様々なパラメータの最適化に影響が及ぼされる。これは、アンバランス型ピストンと比較して閉鎖遅延が増大するためである（アンバランス型ピストンでは、ピストンを下方に移動するのに必要な正味力が更に迅速に得られる）。
【符号の説明】
【００６２】
１  燃料インジェクタ
３  バルブニードル制御装置
５  バルブニードル
７  インジェクタノズル本体
９  バルブ面
１１  弁座
１３  ガイド面
１５  燃料供給チャンバ
１７  高圧燃料ライン
１９  環状凹所
２１ａ  中間スラスト面
２１ｂ  近位スラスト面
２３ａ、２３ｂ  遠位スラスト面
２４  円柱状ばねガイド
２５  バルブニードル制御チャンバ
２７  圧縮コイルばね
２９  ピストン
３１  ピストンチャンバ
３３  上ボア
３４  中間ボア
３５  下ボア
３７  下バルブ部分
３９  中間部分
４１  上ガイド部分
４３  下スラスト面
４５  中間スラスト面
４７  第２中間スラスト面
４９  上スラスト面
５１  ピストン制御チャンバ
５３  圧縮コイルばね
５５  高圧燃料入口ライン
５７  燃料入口通路
５８  入口オリフィス
５９  燃料出口通路
６０  漏洩オリフィス
６１  排出バルブ
６３  燃料移送通路
６４  オリフィス
【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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【国際調査報告】
2011512486.tif 000009
2011512486.tif 000010
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