(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射システムのためのポンプであって、該ポンプが、
ポンピング・チャンバ、ポンピング・チャンバへ燃料を供給する燃料入口、出口ポート、およびポンピング・チャンバと出口ポートとの間のバルブ・チャンバを有し、バルブ・チャンバがバルブ座を画成すると共に中心軸線を有する軸線方向のガイド部分を有してなるポンプ本体と、
ポンピング・チャンバ内に配置されたプランジャーと、
燃料を制御するためにバルブ・チャンバ内に配置され、座面を画成するバルブ・ステムを有し、該バルブ・ステムが座面の近くに段部を有し、該段部が座面から離れる方向へ限られた距離を延在しているバルブ本体であって、さらにバルブ・チャンバのガイド部分に受け入れられるバルブ・ガイドを有しており、座面がバルブ座に係合した閉位置と、座面がバルブ座から離隔されて圧力を解放する開位置との間のストローク範囲に亘りガイド部分に対して軸線方向に移動可能であり、前記ストローク範囲は、前記座面が前記バルブ座に係合する閉位置、前記座面が前記バルブ座から離隔し、前記段部が前記バルブ座に整合されて限られた圧力解放を行うような中間位置、および前記座面と前記段部が前記バルブ座から離隔されて全圧解放を行うような開位置を含むバルブ本体と、
開位置へ向かってバルブ本体を片寄らせるバルブばね構造と、
バルブ本体に位置したアーマチュアと、
アーマチュアの近くに位置し、バルブばねの押圧力に抗してバルブ本体を閉位置へ向けて押圧するために作動するアクチュエータを含むステータとを含む燃料噴射システムのためのポンプ。
【請求項２】
前記バルブ本体が一般に円形横断面を有し、バルブ・ガイドは１つのガイド直径を有し、段部は１つの段部直径を有し、段部直径はガイド直径よりも小さい請求項１に記載されたポンプ。
【請求項３】
前記段部は所望の中間的圧力に基づいて寸法決めされる横断面を有する請求項１に記載されたポンプ。
【請求項４】
前記段部は噴射作動の終了時における所望の流体圧性能に基づいて寸法決めされる軸線方向長さを有する請求項１に記載されたポンプ。
【請求項５】
前記段部は主として噴射作動の開始時における噴射率の設定のために形状を定められ、また段部は所望の噴射率設定圧力に基づいて寸法決めされる横断面を有する請求項１に記載されたポンプ。
【請求項６】
前記ストローク範囲が少なくとも約０．１ミリメートルである請求項１に記載されたポンプ。
【請求項７】
前記閉位置と中間位置との間隔距離がほとんどの場合に約０．０３ミリメートルである請求項１に記載されたポンプ。
【請求項８】
前記閉位置と中間位置との間隔距離の約２倍の軸線方向長さを段部が有する請求項１に記載されたポンプ。
【請求項９】
段部の軸線方向長さが約０．０５ミリメートルである請求項８に記載されたポンプ。
【請求項１０】
バルブ本体が一般に円形横断面を有し、バルブ・ガイドが約７．００ミリメートルのガイド直径を有し、段部が約６．９９ミリメートルの段部直径を有する請求項１に記載されたポンプ。
【請求項１１】
前記バルブばね構造が、実質的に全ストローク範囲に亘ってバルブ本体を開位置へ向けて押圧する第１のばねと、
中間位置と開位置との間のストローク範囲の限られた部分に亘ってバルブ本体を閉位置へ向けて押圧する第２のばねと、を含む請求項１に記載されたポンプ。
【請求項１２】
ポンピング・チャンバと、バルブ座を形成すると共に中心軸線を有する軸線方向のガイド部分とを有する噴射器本体と、
ポンピング・チャンバ内に配置されたプランジャーと、
燃料を制御するためにバルブ・チャンバ内に配置され、座面を画成するバルブ・ステムを有し、該バルブ・ステムが座面の近くに段部を有し、該段部が座面から離れる方向へ限られた距離を延在しているバルブ本体であって、さらにバルブ・チャンバのガイド部分に受け入れられるバルブ・ガイドを有しており、座面がバルブ座に係合した閉位置と、座面がバルブ座から離隔されて圧力を解放する開位置との間のストローク範囲に亘りガイド部分に対して軸線方向に移動可能であり、前記ストローク範囲は、前記座面が前記バルブ座に係合する閉位置、前記座面が前記バルブ座から離隔し、前記段部が前記バルブ座に整合されて限られた圧力解放を行うような中間位置、および前記座面と前記段部が前記バルブ座から離隔されて全圧解放を行うような開位置を含むバルブ本体と、
開位置へ向かってバルブ本体を押圧するバルブばね構造と、
バルブ本体に位置したアーマチュアと、
アーマチュアの近くに位置し、バルブばねの押圧力に抗してバルブ本体を閉位置へ向けて押圧するために作動するアクチュエータを含むステータと、を含む燃料噴射器。
【請求項１３】
前記バルブ本体が一般に円形横断面を有し、前記バルブ・ガイドは１つのガイド直径を有し、前記段部は１つの段部直径を有し、該段部直径はガイド直径よりも小さい請求項１２に記載された燃料噴射器。
【請求項１４】
前記段部は所望の中間的圧力に基づいて寸法決めされる横断面を有する請求項１２に記載された燃料噴射器。
【請求項１５】
前記段部は噴射作動の終了時における所望の流体圧性能に基づいて寸法決めされる軸線方向長さを有する請求項１２に記載された燃料噴射器。
【請求項１６】
前記段部は主として噴射作動の開始時における噴射率設定のために形状を定められ、また段部は所望の噴射率設定圧力に基づいて寸法決めされる横断面を有する請求項１２に記載された燃料噴射器。
【請求項１７】
前記ストローク範囲が少なくとも約０．１ミリメートルである請求項１２に記載された燃料噴射器。
【請求項１８】
前記閉位置と中間位置との間隔距離がほとんどの場合に約０．０３ミリメートルである請求項１２に記載された燃料噴射器。
【請求項１９】
前記閉位置と中間置との間隔距離の約２倍の軸線方向長さを段部が有する請求項１に記載された燃料噴射器。
【請求項２０】
前記段部の軸線方向長さが約０．０５ミリメートルである請求項１９に記載された燃料噴射器。
【請求項２１】
前記バルブ本体が一般に円形横断面を有し、前記バルブ・ガイドが約７．００ミリメートルのガイド直径を有し、前記段部が約６．９９ミリメートルの段部直径を有する請求項１２に記載された燃料噴射器。
【請求項２２】
前記バルブばね構造が、実質的に全ストローク範囲に亘ってバルブ本体を開位置へ向けて押圧する第１のばねと、
前記中間位置と開位置との間のストローク範囲の限られた部分に亘ってバルブ本体を閉位置へ向けて押圧する第２のばねと、を含む請求項１２に記載された噴射器。
【請求項２３】
バルブ・チャンバを形成し、前記バルブ・チャンバはバルブ座を形成すると共に中心軸線を有する軸線方向のガイド部分をさらに形成しているハウジングと、
燃料を制御するためにバルブ・チャンバ内に配置され、座面を画成するバルブ・ステムを有し、該バルブ・ステムが座面の近くに段部を有し、該段部が座面から離れる方向へ限られた距離を延在しているバルブ本体であって、さらにバルブ・チャンバのガイド部分に受け入れられるバルブ・ガイドを有しており、座面がバルブ座に係合した閉位置と、座面がバルブ座から離隔されて圧力を解放する開位置との間のストローク範囲に亘りガイド部分に対して軸線方向に移動可能であり、前記ストローク範囲は、前記座面が前記バルブ座に係合する閉位置、前記座面が前記バルブ座から離隔し、前記段部が前記バルブ座に整合されて限られた圧力解放を行うような中間位置、および前記座面と前記段部が前記バルブ座から離隔されて全圧解放を行うような解放位置を含むバルブ本体と、を含む、燃料噴射システムに使用される制御バルブ。
【請求項２４】
少なくとも１つのシリンダを有するエンジン・ブロックと、
燃料を制御するためにバルブ・チャンバ内に配置され、座面を画成するバルブ・ステムを有し、該バルブ・ステムが座面の近くに段部を有し、該段部が座面から離れる方向へ限られた距離を延在しているバルブ本体であって、さらにバルブ・チャンバのガイド部分に受け入れられるバルブ・ガイドを有しており、座面がバルブ座に係合した閉位置と、座面がバルブ座から離隔されて圧力を解放する開位置との間のストローク範囲に亘りガイド部分に対して軸線方向に移動可能であり、前記ストローク範囲は、前記座面が前記バルブ座に係合する閉位置、前記座面が前記バルブ座から離隔し、前記段部が前記バルブ座に整合されて限られた圧力解放を行うような中間位置、および前記座面と前記段部が前記バルブ座から離隔されて全圧解放を行うような開位置を含むバルブ本体と、
少なくとも１つのシリンダに燃料を給送するために配置され、燃料供給源と連通されている少なくとも１つの燃料噴射器と、
を含むエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は燃料噴射システムのポンプまたは噴射器に使用する制御バルブに関する。
【０００２】
（背景技術）
エンジンの排出物規制はますます制限されてきている。排出物の基準に合致させる１つの方法は、燃焼室内に噴射する燃料の量およびタイミングをエンジン・サイクルに合致するように噴射率を設定（rate shape）することである。有効な噴射率設定（rate shaping）は、エンジン排気中の微粒子および窒素酸化物のレベルを低下させる。さらに、燃焼過程の早期に燃料をゆっくりと噴射する有効な噴射率設定は、エンジン騒音を小さくする。
【０００３】
既存の噴射率設定技術は、噴射ノズル組立体にさまざまな改良を加えることで噴射率の制御を試みている。ノズル組立体の噴射率設定技術は、最適な燃料経済性および微粒子の状態よりも劣る状態をもたらす悪い噴射パターンのような望ましくない影響を生じる。これらの既存の噴射率設定技術は幾つの応用例で使用されているが、既存の改良された噴射ノズル組立体よりも正確な噴射率設定を可能にする噴射率設定技術が必要である。
【０００４】
（発明の開示）
それ故に本発明の目的は、噴射率を設定できる制御バルブを有するポンプおよび噴射器を提供することである。
【０００５】
上述の目的を達成するために、燃料噴射システムのポンプが提供される。このポンプは、ポンピング・チャンバ、ポンピング・チャンバへ燃料を供給する燃料入口、出口ポート、およびポンピング・チャンバと出口ポートとの間のバルブ・チャンバを有するポンプ本体を含む。バルブ・チャンバはバルブ座を形成すると共に、中心軸線を有する軸線方向のガイド部分を有する。ポンピング・チャンバ内にプランジャーが配置される。バルブ・チャンバ内に配置されたバルブ本体が燃料を制御する。バルブ本体は、座面を形成するバルブ・ステムを有する。さらにバルブ本体は、バルブ・チャンバのガイド部分に受け入れられるバルブ・ガイドを有する。バルブ本体は、閉位置と開位置との間のストローク範囲に亘りガイド部分に対して軸線方向に移動可能である。閉位置では、バルブ本体の座面はバルブ・チャンバのバルブ座と係合する。開位置では、バルブ本体の座面はバルブ座から間隔を隔てられて圧力解放を行う。バルブ・ステムは座面の近くに段部を有する。バルブ本体が開位置と閉位置との中間位置にあるときに、限られた圧力解放を行うように段部は座面から離れる方向へ限られた距離を延在する。
【０００６】
ポンプはさらにバルブばね構造、アーマチュアおよびステータを含む。バルブばね構造はバルブ本体を開位置へ向けて押圧する。ステータはバルブばねの押圧力に抗してバルブ本体を閉位置へ向けて押圧するために作用するアクチュエータを含む。
【０００７】
好ましい実施例では、バルブ本体は一般に円形横断面を有し、段部直径はバルブ・ガイド直径よりも小さい。段部は所望の中間的圧力に基づいて寸法決めされる横断面を有することが好ましい。さらに、段部は噴射作動の終了時における所望の流体圧性能に基づいて寸法決めされる軸線方向の長さを有することが好ましい。好ましい実施例では、段部は主として噴射作動の開始時における噴射率の設定のために形状を定められる。段部は、所望の噴射率設定圧力に基づいて寸法決めされる横断面を有することが好ましい。
【０００８】
好ましい実施例では、ストローク範囲は少なくとも約０．１ミリメートルである。さらに、閉位置と中間位置との間隔距離は、ほとんどの場合に約０．０３ミリメートルであることが好ましい。さらに、段部は、閉位置と中間位置との間隔距離の約２倍の軸線方向長さを有することが好ましい。段部の軸線方向長さは、約０．０５ミリメートルであることが好ましい。さらに、バルブ本体は、一般に円形横断面を有し、バルブ・ガイドが約７．００ミリメートルのガイド直径を有し、段部が約６．９９ミリメートルの段部直径を有することが好ましい。
【０００９】
好ましい構造では、バルブばね構造は実質的に全ストローク範囲に亘ってバルブ本体を開位置へ向けて押圧する第１のばねと、中間位置と開位置との間のストローク範囲の限られた部分に亘ってバルブ本体を閉位置へ向けて押圧する第２のばねとを含む。
【００１０】
さらに、本発明の実施において、燃料噴射器が提供される。この燃料噴射器は、内部にプランジャーの配置されたポンピング・チャンバと、内部にバルブ本体が配置されたバルブ・チャンバとを有する噴射器本体を含む。バルブ本体は座面の近くに段部を有するバルブ・ステムを含む。段部は、バルブ本体が開位置と閉位置との中間位置にあるときに、限られた圧力解放を行うように座面から離れる方向へ限られた距離を延在する。
【００１１】
さらに、本発明の実施において、燃料噴射システムに使用される制御バルブが提供される。制御バルブは、バルブ・チャンバを形成するハウジングを含む。バルブ・チャンバはバルブ座を形成すると共に、中心軸線を有する軸線方向のガイド部分をさらに形成する。制御バルブは、バルブ・チャンバ内に配置されたバルブ本体をさらに含む。バルブ本体は、座面の近くに段部を有するバルブ・ステムを含む。段部は、バルブ本体が開位置と閉位置との中間位置にあるときに、限られた圧力解放を行うように座面から離れる方向へ限られた距離を延在する。
【００１２】
さらに、本発明の実施において、エンジンが提供される。このエンジンは、少なくとも１つのシリンダを有するエンジン・ブロックと、少なくとも１つのシリンダに燃料を給送するために配置された少なくとも１つの燃料噴射器と、制御バルブとを含む。燃料噴射器は燃料供給源と連通されている。制御バルブは少なくとも１つのシリンダと燃料供給源との間に配置される。制御バルブは、座面の近くに段部を有するバルブ・ステムを含む。段部は、バルブ本体が開位置と閉位置との中間位置にあるときに、限られた圧力解放を行うように座面から離れる方向へ限られた距離を延在する。
【００１３】
本発明の実施例に関連する利点は多数ある。例えば、ポンプまたは噴射器のための本発明により形成された制御バルブは、ユニット化された噴射器のポンプ出口または噴射ノズル組立体に与えられる圧力を制御することで効果的な噴射率設定を可能にする。制御バルブにおける噴射率設定は、改良した噴射ノズル組立体による噴射率設定を行う既存の或る種の噴射率設定技術よりも正確な噴射率設定を可能にする利点がある。噴射率設定のために、ノズルにおけるスロットル制御に代えて噴射圧力制御を使用できる。さらに段部は、制限され制御された圧力解放の達成を容易にする。すなわち段部は、噴射率設定位置となる中間位置に対して僅かな量の公差を与える。さらに、多数のばねおよび電流制御が組み合わされると、段付き制御バルブは制御バルブにおけるスロットル制御能力を著しく改善する。
【００１４】
スロットル段部の横断面および軸線方向の長さは、噴射作動のさまざまな時点での流体運動が望まれる状態であるようにするために変化され得ることを認識しなければならない。勿論、本発明の制御バルブは噴射開始時の噴射率設定に特に有用であるが、他の使用も考えられる。
【００１５】
本発明の上述の目的および他の目的、特徴および利点は、本発明を実施するための最良な態様に関する以下の詳細な説明を添付図面に関連させることにより、当業者には容易に認識されるであろう。
【００１６】
（発明を実施する最良の態様）
図１を参照すれば、本発明により形成されたエンジンが全体を符号１で示されている。エンジン・ブロック２は複数のシリンダを有する。燃料噴射器４は燃料をシリンダに給送するために配置されている。燃料噴射器４は内部にポンプ装置を組み入れたユニット化された噴射器とされるか、または１以上の高圧ポンプ６と連通される。図示したように、各噴射器４は高圧ポンプ６と連通されており、従って本発明のスロットル制御バルブは各ポンプ６内に配置される。１以上の燃料供給源９と連通した１以上の低圧ポンプ８によって燃料がエンジン・ブロック２へ供給される。
【００１７】
図２および図３を参照し、まず図２を参照すれば、本発明により形成されたポンプ１０が示されている。ポンプ１０はポンプ本体１２を有し、ポンプ本体１２はポンプ本体端部１４を有する。ポンピング・チャンバ１６はポンプ本体１２によって形成される。燃料入口１８が燃料をポンピング・チャンバ１６へ供給する（通路１６１、ストップ・キャビティ１５８、通過式制御バルブ座４７、制御バルブ環２２、および通路２８を経由する）。ポンプ本体１２はさらに出口ポート２０、およびポンピング・チャンバ１６と出口ポート２０との間の制御バルブ・チャンバ２２を有する。ポンプ１０を受け入れるエンジン・ブロックに対して燃料入口１８をシールするために、Ｏ−リング２４が備えられている。通路２６，２８は出口ポート２０、制御バルブ・チャンバ２２およびポンピング・チャンバ１６を接続している。
【００１８】
往復プランジャー３０がポンピング・チャンバ１６内に配置されている。プランジャー３０は、符号プランジャー３０で示す伸長位置と圧縮位置（特に示されてはいない）との間のストローク範囲を往復可能である。プランジャーばね４０はプランジャー３０を伸長位置へ向けて弾性的に押圧する。
【００１９】
ステータ組立体４２はソレノイド４４のような電磁アクチュエータを含み、その電磁アクチュエータ４４に電力を与える電源に接続するためのターミナルを有する。電磁作動される制御バルブ４６は燃料制御のために制御バルブ・チャンバ２２内に配置される。制御バルブ４６はバルブ本体４８を含む。バルブ本体４８は、さらに説明する開位置と閉位置との間のストローク範囲に亘って移動可能である。閉位置はバルブ座４７へ向けてバルブが引き寄せられ状態のバルブ本体４８の作動位置であり、開位置はバルブ本体４８の消勢位置である。
【００２０】
アーマチュア５２は、ねじ５４のような固定具でバルブ本体４８に固定されている。バルブ・ストップ６０は制御バルブ・チャンバ２２の近くでポンプ本体１２内に配置されている。さらに説明するように、制御バルブばね構造がバルブ本体４８を開位置である消勢位置へ向けて弾性的に押圧する。ステータ・スペーサ８０はアーマチュア５２を受け入れる中央開口を有し、ポンプ本体１２とステータ組立体４２との間に配置されている。ステータ・スペーサ８０はリテーナ７６を受け止めるノッチ８１を有する。ステータ組立体４２およびポンプ本体１２に対してＯ−リングがステータ・スペーサ８０をシールする。電磁アクチュエータ４４はアーマチュア５２の近くに位置し、ステータに電流が供給されてアーマチュアをステータへ向けて引き寄せる磁界が発生されたときに作動して制御バルブばね構造の押圧力に抗してバルブ本体４８を閉位置へ向けて押圧する。
【００２１】
図２および図３を引き続き参照すれば、カム従動子組立体１００が図示されている。カム従動子組立体１００は細長いスロット１０４を備えたハウジング１０２を有する。カム従動子組立体１００は軸１０６と、カムシャフト（図示せず）に係合するローラー１０８とを有する。プランジャー３０はポンピング・チャンバ１６内でカム従動子組立体１００により伸長位置と圧縮位置との間を往復される。円筒スリーブ１１０は細長いスロット１０４に通じた開口１１２を有する。円筒スリーブ１１０は第１および第２の端部１１４，１１６を有する。ポンプ本体端部１４は円筒スリーブ１１０の第１の端部１１４と嵌合する。
【００２２】
円筒スリーブ１１０の第２の端部１１６は、カム従動子組立体１００がプランジャー３０を駆動できるようにするために、相対的に往復移動できるようにカム従動子組立体１００と嵌合する。カム従動子組立体１００は円筒スリーブ１１０内を往復し、プランジャーのストローク範囲に亘ってプランジャー３０を円筒スリーブ１１０に対して駆動する。リテーナ・ガイド１２０が開口１１２を通って延在し、カム従動子組立体１００のスロット１０４と係合することが好ましい。クリップ１２２がリテーナ・ガイド１２０を開口１１２内に保持している。
【００２３】
プランジャーのばね座１３０はカム従動子組立体１００のハウジング１０２に受け入れられる。プランジャーのばね座１３０はプランジャーばね４０の第１の端部１３２に当接する。ポンプ本体端部１４はプランジャーばね４０の第２の端部１３４に当接する。
【００２４】
ポンプ本体１２はポンピング・チャンバ１６に燃料を供給するための燃料入口１８と連通した第１の環体１５０を有する。ポンプ本体１２は過剰燃料を受け入れるためにポンピング・チャンバ１６と連通した第２の環体１５２をさらに有する。環ベルト１５４が環体１５０および第２の環体１５２を離隔している。勿論、代替実施例は燃料入口１８および出口１６０の代わりに入口／出口通路を使用でき、これは燃料噴射システムの制御バルブの技術分野における当業者によって認識される通りである。
【００２５】
ストップ・キャビティとも呼ばれる過剰燃料チャンバ１５８は、バルブ本体４８が通過式制御バルブ座４７を開いたとき、制御バルブ・チャンバ２２から過剰燃料を受け取る。燃料圧力均等化通路１６１は過剰燃料チャンバ１５８と制御バルブおよびばねチャンバとの間を連通して、制御バルブ４６が圧力均衡バルブとして作動できるようにする。バルブ本体４８は付加的な燃料導通を形成し、さらに冷却を行うために通路５６，５８（図３）を有することが好ましい。戻し通路１６０は過剰燃料チャンバ１５８を第２の環１５２へ接続する。他の戻し通路１６２はポンピング・チャンバ１６を第２の環１５２へ接続し、プランジャー３０とポンプ本体１２との間を漏れ出た全ての燃料を受け入れる。第２の環１５２は環ベルト１５４と円筒スリーブ１１０の第１の端部１１４とによって形成されている。この分野で周知のように、燃料は縁部（図示せず）の内部燃料通路を通してポンプ１０へ供給される。
【００２６】
図３〜図６を参照すれば、図３に最も良く示されるように、バルブ・ストップ６０は制御バルブ・チャンバ２２の近くに配置されている。バルブ本体４８は座面９２を形成するバルブ・ステム８６を有している。さらに、バルブ本体４８はバルブ・チャンバのガイド部分９０に受け入れられるバルブ・ガイド８８を有する。バルブ本体４８は閉位置と開位置との間のストローク範囲に亘って軸線方向に移動可能であり、その間に位置する中間位置を有する。本発明の好ましい実施例では、制御バルブばね構造は第１のばね７２および第２のばね７４を含む。第１のばね７２は座面７３に当接し、実質的に全ストローク範囲に亘って制御バルブ４６のバルブ本体４８を開位置へ向けて押圧する。第２のばね７４はストップ・ピストン７５に当接し、中間位置と開位置との間のストローク範囲の限られた一部にわたり、バルブ本体４８を閉位置へ向けて押圧する。中間位置は噴射率制御位置であることが好ましい。ストップ・ピストン７５はバルブ開動の減衰をさらに助成するために、軸線方向の通路６２を有することが好ましい。
【００２７】
図４に最もよく示されるように、バルブ本体４８は座面９２が制御バルブ座４７に当接することで完全な閉位置となされる。このようにして、ポンプ・プランジャーが制御バルブ・チャンバ２２、通路２６，および通路２８内に圧力を蓄えたとき、その圧力がストップ・キャビティ１５８へバイパスされる（図３に最も良く示される）ことを防止する。
【００２８】
図５に最も良く示されるように、バルブ本体４８は中間位置にある。本発明の好ましい実施例では、中間位置は噴射率設定位置であり、この位置は座面９２に隣接した段部９４によって噴射開始時の限られた圧力解放を行う。段部９４は座面９２から離れる方向へ限られた距離を延在しており、これにより制御バルブの部分開度が限られた圧力解放を行う一方、全開度はポンピングを防止するための十分大きな圧力解放を可能にする。勿論当業者は、段部に適当な横断面および長さを使用するとき、段部９４が望まれるように他の流体運動を発生させるために使用できることが分かる。このように、プランジャー３０は制御バルブ・チャンバ２２および通路２６，２８に圧力を蓄え、限られた圧力解放、すなわちスロットル制御が段部９４と制御バルブ座４７との間の空隙９６を通して行われる。
【００２９】
好ましい実施例では、バルブ本体４８は一般に円形横断面を有する。勿論、燃料噴射システムの制御バルブに与えられる極めて小さい公差のもとでの製造を容易にするためには、円形横断面が好ましい。さらに、バルブ本体のガイド部分９０に受け入れられるバルブ本体４８のバルブ・ガイド８８は段部９４よりも大きい直径を有することが好ましい。勿論この関係は、制御バルブ・チャンバ２２が一端から他端へ一定の直径を有するようになされることが好ましい。制御バルブ・チャンバ２２が段階的な直径を有する場合、ガイドの直径と段部の直径との間は別の関係となる。特に、段部の横断面（円形であるのが好ましい）は所望の中間的圧力に基づいて寸法決めされる。噴射率設定の間のスロットル制御のために制御される圧力解放を容易にするように段部が使用される代表的な実施例では、段部は噴射率設定の間の所望の圧力状態に基づいて寸法決め（制御バルブ座４７の直径に対して）される。
【００３０】
噴射率設定の実施例において、閉位置（図４）と中間の噴射率設定位置（図５）の間隔距離はほとんどの場合約０．０３ミリメートルであるのが好ましい。勿論、ポンプまたは噴射器の特定の応用例に応じて他の値も適当とされる。特に、好ましい実施例において段部９４は閉位置と中間位置との間隔距離の約２倍の軸線方向の長さを有する。代表的な実施例では、従ってこの軸線方向長さは約０．５ミリメートルとなる。この関係は、所望の中間位置が段部９４に沿って半ばとされ、製造公差によって、またはポンプまたは噴射器の寿命期間での通常の使用に亘って制御バルブ組立体の部材の摩耗または破損によって実際の中間位置がいずれかの方向へ僅かに移動しても、所望の流体動作を保持する能力を最大限とするようになされることが好ましい。噴射率設定のために形成された本明細書で図示するバルブ部品およびバルブ・チャンバが一般に円形断面を有する本発明の好ましい実施例では、適当なバルブ・ガイドの直径は約７．００ミリメートル、好ましい段部の直径は約６．９９ミリメートルである。
【００３１】
図３〜図６を引き続き参照すれば、図５に最も良く示されるように、第１のばね７２および第２のばね７４に関するばね作用の段差位置は中間位置であることが好ましい。すなわち、バルブ本体４８はストップ・ピストン７５に接触して、バルブ本体４８が中間位置に達したときにバルブ本体４８に作用するばね力を実際に減少させる。電流制御およびばね力の段階的作用との組み合わせにより、正確な噴射率設定の性能、または望まれるままに他の流体動作の正確な制御の性能を段部９４は著しく向上させる。勿論、段階的なばね力のための形状を使用できること、およびステータ付近に配置された第１のばねとバルブ・ストップ内に配置された第２のばねとを有する本明細書に図示した特定実施例は例示のためだけのものであることを認識しなければならない。このように、複数のばねが制御バルブ・チャンバ２２の各側に配置できる。さらに、付加的なステータが制御バルブ・チャンバ２２の各側に使用できる。さらに、一対のばねを使用することが好ましいが、第２のばね７４を省略でき、望まれるときに電流制御のみに依存してバルブ本体４８を中間位置に保持することができる。従って、制御バルブの段部９４を使用した本発明の実施例は、ばね形状やステータ形状に依存することがなく、制御バルブを開閉する力源に係わらずに電磁作動の制御バルブを有するいずれのポンプまたは噴射器にも組み込むことができる。
【００３２】
図６に最も良く示されるように、バルブ本体４８は全開位置にある。好ましい実施例では、バルブ本体４８はバルブ本体４８が中間位置にあるときと同様にストップ・ピストン７５に当接しているが、ストップ・ピストン７５はバルブ本体４８によってバルブ・ストップ６０へ押し込まれ、第２のばね７４を僅かに圧縮して、バルブ本体４８が中間位置にあるときよりも座面９２は制御バルブ座４７から大きく引き離されて、通路９８を通してかなり増大された圧力解放を行う。図示されるように、バルブ本体４８が完全に開かれたときに段部９４は制御バルブ座４７から完全に隔てられることが好ましい。
【００３３】
制御バルブ４６が噴射率設定のために形状を定められた本発明の好ましい実施例では、全開から全閉に至る適当なストローク範囲は少なくとも約０．１ミリメートルである。勿論、ポンプまたは噴射器の特定の応用例によっては、他のストローク範囲が適当とされる。
【００３４】
段部９４は、所望の流体動作に影響を与えるさまざまな目的で作用するが、本発明の実施例は高圧ポンプまたはユニット化した噴射器のいずれかの制御バルブで噴射率設定の補完を行うことに特に好適であることを認識しなければならない。さらに、バルブ本体の位置およびその位置間での動きの完全な説明を上述したが、噴射率設定のための制御バルブ組立体のさらに詳細な説明は、１９９８年１２月１１日付けで出願され、本発明の譲受人に譲渡された「制御バルブ」と題する関連する米国特許出願第０９／２０９７２５号に見ることができ、その特許出願はその全てを本明細書で援用する。さらに、噴射率設定のための付加的な制御バルブ組立体が１９９８年８月１３日付けで出願され、本発明の譲受人に譲渡された「制御バルブ」と題する関連する米国特許出願第０９／１３３３５０号に記載されており、その特許出願はその全てを本明細書で援用する。このように、圧力解放、すなわちスロットル制御用の段部を有する本発明の制御バルブの実施例は、本明細書に記載した、または上述で引用した特許出願に記載されたポンプ、噴射器、およびエンジンに、または燃料噴射システムの分野の当業者が認識するであろう他のいずれかの方法で使用できることを認識しなければならない。
【００３５】
図７および図８を参照すれば、バルブ本体４８の拡大図が示されている。図８に示されるように、段部９４はバルブ本体４８の寸法に対して実際は非常に小さい。しかしながら、図３〜図６では段部９４の形状および機能を良好に図解するために、強調した寸法が使用されていることを認識しなければならない。
【００３６】
図９を参照すれば、図３に示した制御バルブ構造を有する単一ブート式噴射における燃料噴射特性を表すグラフが示されている。このグラフで、プロット１７０はバルブ位置、プロット１７２はソレノイド電流、プロット１７４は噴射圧力であり、それらの全ては縦座標に目盛が備えられている。トリガー後のクランク角度は横座標に沿って示されている。図９に示した特定の噴射作動は、噴射率設定の行われたブート式噴射である。
【００３７】
プロット１７２の部分１７６には高圧が与えられている。これに応答して、バルブ本体はバルブ位置のプロット１７０の部分１７８で示すように閉位置へ向かって移動を開始する。電流のプロット１８０はソレノイドに与えられた低電流を示す。この低電流はしばしば電流制御した噴射率設定として参照される。好ましい実施例では、この低電流は制御バルブのばね構造と協働して、バルブ本体が中間位置、すなわちバルブ位置のプロット１８２で示されるような噴射率設定位置へ向けて移動するようにさせる。勿論、先に説明したように、さまざまな制御バルブ組立体が、複数ステータ、複数ばね、単一ステータ、単一ばねなどを含めて使用できる。噴射圧力のプロット１８４は、噴射作動の初期部分における低下された、すなわち噴射率設定された圧力を示している。
【００３８】
電流のプロット部分１８６には大電流が付与される。これに応答して、バルブ本体はバルブ位置のプロット１８８で示されるように全閉位置へ向けて引き寄せられる。噴射圧力のプロット部分１９０は噴射作動の終了に向かって増大する噴射圧力を示す。電流のプロット部分１９２は噴射の終了付近で完全に電流が遮断されることを示している。バルブ位置のプロット部分１９４は全開位置へ向けて復帰するバルブ本体を示している。圧力のプロット部分１９６は制御バルブにおける完全な圧力解放に落とした噴射圧力の減衰を示している。
【００３９】
制御バルブの段部９４は、バルブ本体がバルブ位置のプロット１８２上にあるときに生じるスロットル制御のための僅かな圧力解放を滑らかに行うことを認識しなければならない。すなわち、バルブ位置のプロット１８２を通じて僅かなバルブ位置の波は噴射率のプロット１８４に小さな影響しか与えない。何故なら、一般に一貫した圧力解放を行うことでバルブ本体４８の段部９４がそれらのバルブ位置の僅かな変化の影響を減少させるからである。
【００４０】
図１０を参照すれば、本発明によって形成された噴射器２００が図示されている。噴射器２００は噴射器本体２０２とノズル組立体２０４とを有する。ばねケージ組立体２０６はノズル組立体２０４に隣接して配置されている。プランジャー２０８はプッシュロッド２１０で噴射器本体２０２内を往復駆動される。ステータ２１４は、電気的に制御されるバルブ組立体２１２を制御するためにソレノイドのようなアクチュエータを含む。アーマチュア２１６はアーマチュアねじによってバルブ本体２１８に固定されている。アーマチュア２１６はステータ・スペーサ２２２で包囲されている。バルブ本体２１８は、制御バルブばね２２４によって開位置である消勢位置へ向けて押圧されている。作動されると、アーマチュア２１６はステータ２１４へ向けて引き寄せられ、この結果としてバルブ本体２１８は制御バルブのばね２２４に抗して閉位置である作動位置へ移動する。
【００４１】
噴射器２００は、例えば本発明の譲受人に譲渡され、その全てを本明細書で援用される米国特許第４６１８０９５号に示されるように周知の方法で作動する。図示されるように、噴射器２００はストップ・プレート２３２で所定位置に保持されるバルブ・ストップ組立体２３０を使用する。バルブ・ストップ組立体２３０は主本体２３４およびストップ部材２３６を含む。ストップ部材２３６はバルブストップ組立体のばね２３８で押圧される。バルブストップ組立体のばね２３８は制御バルブのばね２２４と協働して、噴射率設定位置（または他の中間位置）に作用力の段差を確立するのに必要な第１および第２のばね力を発生する。本発明によれば、バルブ本体２１８は段部２４０を備えている。バルブ本体２１８の段部２４０は他の図面に示されているポンプと実質的に同じ方法でユニット化された噴射器２００に使用される。
【００４２】
図２および図３を参照すれば、一般に燃料は、閉状態で所望の燃料圧力を発生させる固定的なシーケンスに従って開閉される制御バルブ４６により、ポンプ本体１２の通路２６を通して出口ポート２０へ向けて流れる。通路２６はポンピング・チャンバに対して常に開かれているが、ノズルへ向かう燃料の流れは説明したように阻止される。また任意であるが、高圧系の圧力解放バルブ（図示せず）に助成されて従来の方法に従う。
【００４３】
特に、閉状態で所望の燃料圧力が展開できるようにさせる固定的なシーケンスにおける制御バルブ４６の開閉は、さらに詳細に説明される。燃料供給源からの燃料は第１の環１５０に受け入れられ、燃料入口１８へ供給される。燃料入口１８は燃料をポンピング・チャンバ１６へ導く。カム・シャフト（図示せず）がカム従動子組立体１００を駆動する。プランジャー３０はその伸長位置からその圧縮位置へ移動され、制御バルブ４６が閉状態に保持されているときに燃料はポンピング・チャンバ１６内で圧縮される。
【００４４】
特に、制御バルブ４６はポンピング・チャンバ１６内で初期圧力を蓄えるために閉状態に保持される。その後、本発明の好ましい実施例によれば、バルブ本体４８は噴射率設定位置へ移動され、制御された圧力解放を可能にする。噴射率設定の後、バルブ本体４８は全閉位置へ引き寄せられて練り付しサイクルを完結する。
【００４５】
本発明の噴射率設定技術は１回噴射作動、および先行噴射に引き続き主噴射が行われる分割噴射作動に使用できることを認識しなければならない。試験において、制御バルブで噴射率設定が実施されるときには、本発明は噴射圧力がかなり、および望ましく低下されることが見い出された。初期噴射時には、これは改良された効率に反して排出物の放出を生じることなく、高いポンピング率を可能にする。
【００４６】
勿論、本発明の実施例は噴射率設定以外のその他の流体作動を制御することに使用できることを認識しなければならない。すなわち、本発明の実施例は噴射率設定に特に好適であるが、バルブ本体の段部は、例えば噴射終了時における流体の動作、スロットル制御が望まれるその他のあらゆる時点での流体の動作を制御するように形状を定めることができる。
【００４７】
本発明を実施する最良モードが詳細に説明されたが、本発明の関係する当業者には、特許請求の範囲にて定められる本発明を実現するためのさまざまな代替設計および実施例が認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明により形成されたエンジンを示す。
【図２】  本発明により形成された燃料噴射システムのポンプの断面とした側立面図である。
【図３】  図１に示したポンプの制御バルブ環境の拡大した横断面図である。
【図４】  全閉位置のバルブ本体を示す本発明の制御バルブの拡大した横断面図である。
【図５】  噴射率設定のような中間位置にあるバルブ本体を示す本発明の制御バルブの拡大した横断面図である。
【図６】  全開位置のバルブ本体を示す本発明の制御バルブの拡大した横断面図である。
【図７】  本発明の制御バルブのバルブ本体の拡大した平面図である。
【図８】  図７に示したバルブ本体のバルブ・ステムのさらに拡大した平面図である。
【図９】  図３に示した制御バルブ環境での単一ブート式噴射における燃料噴射特性を示すグラフである。
【図１０】  本発明により形成された燃料噴射システムの噴射器の断面とした側立面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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