(57)【要約】【課題】横方向負荷の問題を軽減又は解消する働きをする可変オリフィスノズル式の噴射ノズルを提供すること。【解決手段】内燃機関用の噴射ノズル２は、シート面７を画成し、少なくとも１つの第１ノズル出口９を有するノズル本体３と、ノズル本体３内に収容され、少なくとも１つの第１ノズル出口９を通る燃料噴射を制御するように、シート面７によって画成された外部シート１１と係合可能である弁部材８とを備えている。弁部材８には、内部孔面を有する孔３２が設けられ、インサート３１，５７が穴３２内に収容されている。インサート３１，５７は、部分球ヘッド３４を備え、部分球ヘッド３４は、弁部材８が使用時に移動するとき、孔３２の内面との接触を維持し、弁部材８の移動を案内するように、孔３２の内径に差し渡されている。部分球ヘッド３４は、弁部材８用の内部シート５０を画成する面も備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の噴射ノズル（２）において、
シート面（７）を画成し、少なくとも１つの第１ノズル出口（９）を有するノズル本体（３）と、
前記ノズル本体（３）内に収容され、前記少なくとも１つの第１ノズル出口（９）を通る燃料噴射を制御するように、前記シート面（７）によって画成された外部シート（１１）と係合可能である弁部材（８）であって、内部孔面を有する孔（３２）が設けられた弁部材（８）と、
前記孔（３２）内に収容され、部分球ヘッド（３４）を備えるインサート（３１，５７）であって、前記部分球ヘッド（３４）は、前記弁部材（８）が使用時に移動するとき、前記孔（３２）の内面との接触を維持し、前記弁部材（８）の移動を案内するように、前記孔（３２）の内径に差し渡され、かつ前記弁部材（８）用の内部シート（５０）を画成する面を備えるようなインサート（３１，５７）と、
を備えていることを特徴とする噴射ノズル。
【請求項２】
前記弁部材（８）は、弁先端（２８）で終端し、これによって、前記弁部材（８）は、前記弁先端（２８）において、前記インサート（３１，５７）によって案内されるようになっていることを特徴とする、請求項１に記載の噴射ノズル。
【請求項３】
前記弁先端（２８）は、前記弁部材（８）が着座したとき、前記外部シート（１１）の下流側に位置するようになっていることを特徴とする、請求項２に記載の噴射ノズル。
【請求項４】
前記インサートは、内側弁（３１）であり、前記内側弁（３１）は、前記孔（３２）内において摺動可能であり、かつ少なくとも１つの第２ノズル出口（１０）を通る燃料噴射を制御するように、前記シート面（７）によって画成されたインサートシート（３９）と係合可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項５】
前記弁部材（８）は、前記内部シート（５０）と係合可能であるように前記孔（３２）内に収容される環状部材（４４）を備えていることを特徴とする、請求項４に記載の噴射ノズル。
【請求項６】
前記内側弁（３１）に連結されたスリーブ部材（５２）をさらに備え、前記内側弁（３１）にも軸方向運動を与えるために、前記弁部材（８）が所定距離（Ｌ）よりも大きい距離だけ軸方向に移動したとき、前記環状部材（４４）が前記スリーブ部材（５２）と係合するようになっていることを特徴とする、請求項５に記載の噴射ノズル。
【請求項７】
前記環状部材（４４）と前記スリーブ部材（５２）は、互いに向き合った端面（４７，５３）を有し、前記端面（４７，５３）は、前記弁部材（８）と前記内側弁（３１）がそれぞれのシート（１１，５０，３９）に着座したとき、前記所定距離（Ｌ）だけ離間するようになっていることを特徴とする、請求項６に記載の噴射ノズル。
【請求項８】
前記環状部材（４４）の前記端面は、切頭円錐状であることを特徴とする、請求項６又は７に記載の噴射ノズル。
【請求項９】
前記内側弁（３１）は、弁ステム（３３）を備え、前記内部シートは、前記部分球ヘッド（３４）と前記弁ステム（３３）との間の肩（５０）によって画成されていることを特徴とする、請求項４〜８のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項１０】
前記インサート（５７）は、前記シート面（７）によって画成されたインサートシート（３９）と係合するようになっていることを特徴とする、請求項３に記載の噴射ノズル。
【請求項１１】
前記弁部材（８）は、前記内部シート（５０）と係合可能であるように前記孔（３２）に収容される環状部材（４４）を備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の噴射ノズル。
【請求項１２】
前記ノズル本体（３）には、燃料の漏れが前記外部シート（１１）を超えた場合、燃料を排出することが可能な排出通路（５６）が設けられていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の噴射ノズル。
【請求項１３】
前記インサート（３１，５７）を前記インサートシート（３９）に付勢する手段をさらに備えていることを特徴とする、請求項４〜１２のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項１４】
前記インサート（３１，５７）を前記インサートシート（３９）に付勢する前記手段は、燃料を前記孔（３２）に流入させて流体閉鎖力を前記インサート（３１，５７）に作用させることを可能とする前記弁部材（８）に形成された少なくとも１つの開口（４３）を備えていることを特徴とする、請求項１３に記載の噴射ノズル。
【請求項１５】
前記インサート（３１，５７）を前記インサートシート（３９）に付勢する前記手段は、バネを備えていることを特徴とする、請求項１４に記載の噴射ノズル。
【請求項１６】
前記弁部材（８）が着座していないときに、前記外部シート（１１）を超えて前記少なくとも１つのノズル出口（９）に至る燃料流路（Ａ，Ｂ；Ｅ，Ｆ）が設けられ、さらに、前記内部シート（５０）を超えて前記少なくとも１つの第１ノズル出口（９）に至る補助流路（Ｃ）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項１７】
前記補助燃料流路（Ｃ）は、前記インサート（３１，５７）に設けられた少なくとも１つの平面又は溝（５４）を備えていることを特徴とする、請求項１６に記載の噴射ノズル。
【請求項１８】
前記補助燃料流路（Ｃ）は、前記弁部材（８，４４）に設けられた少なくとも１つの平面又は溝（５５）を備えていることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の噴射ノズル。
【請求項１９】
前記外部シート（１１）と前記内部シート（５０）は、少なくとも前記弁部材（８）が着座したとき、前記ノズル本体（３）の軸に沿って略一列に並んで配置されるようになっていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
【請求項２０】
内燃機関に用いられる噴射器において、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の噴射ノズル（２）と、前記弁部材（８）の移動を制御するためのアクチュエータとを備えていることを特徴とする噴射器。
【請求項２１】
前記アクチュエータは、圧電アクチュエータ（１６）であることを特徴とする、請求項２０に記載の噴射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用の燃料噴射器に用いられる噴射ノズルに関する。さらに詳細には、制限はされないが、本発明の一態様は、少なくとも１つの弁が、１つ以上のノズル出口を通る燃焼室への燃料の噴射を制御するように、操作可能である圧縮点火内燃機関に用いられる噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ますます厳しくなる環境規制によって、例えば、炭化水素、酸化窒素（ＮＯｘ）、及び一酸化炭素のような車両排気物質のレベルを低減させるように、大きな圧力が自動車製造業者に課せられている。よく知られているように、排気物質を低減させる有効な方法は、燃料を高噴射圧力（例えば、約２０００バール）で燃焼空間に供給すること、及び燃料の噴霧を最適化し、それによって、効率を改良し、かつ排気ガス中の炭化水素のレベルを低減させるために、小径のノズル出口を採用することにある。上記の手法は、燃料効率を改良し、有害なエンジン排気物質を低減させるのに有効ではあるが、関連する欠点は、ノズル出口の直径の縮小が、高エンジン負荷時における高燃料噴射流量の要件と相反し、車両性能を損なうことである
【０００３】
いわゆる「可変オリフィスノズル」（ＶＯＮ）は、燃料を燃焼空間に噴射するのに用いられるオリフィスの数（従って、全オリフィス面積）を、異なるエンジン負荷に対して変更することを可能とするものである。典型的には、このような噴射ノズルは、少なくとも２つのノズル出口の組を有し、第１及び第２弁が、燃料噴射を２つの出口の組の片方のみを通して行なうか又は両方を同時に通して行なうかを制御するように、操作可能である。本出願人による同時係属中の欧州特許出願第０４２５０９２８号に記載されているようなこの種の既知の噴射ノズルでは、第１（上側）ノズル出口の組への燃料流れは、外側弁によって制御され、第２（下側）ノズル出口の組への燃料流れは、内側弁によって制御されている。内側弁は、第１ノズル出口の組を通る燃料の流れが充分な量に達した後でのみ、外側弁によって持ち上げられる。この種の噴射ノズルは、比較的低いエンジン負荷時においてエンジン排気物質を最適化させるために、小さい全ノズル出口面積を選択することができる。一方、比較的高いエンジン負荷時において全燃料流れを増大させるには、大きい全ノズル出口面積が選択されるとよい。
【０００４】
このようなノズルは、種々の点で有益であるが、関連する問題を有している。例えば、もし弁が完全な同心で持ち上がらない場合、外側弁のノズル本体に最も近接した側において、流体圧が著しく低くなることによって、高い横方向負荷が生じることがある。条件によっては、これらの横方向負荷は、外側弁の閉鎖を妨げるほど高くなることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一態様は、上記の設計の利点を有することを意図すると共に、前述の横方向負荷の問題を軽減又は解消する働きをする可変オリフィスノズルに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様によれば、内燃機関用の噴射ノズルが提供されている。この噴射ノズルは、シート面を画成し、少なくとも１つの第１ノズル出口を有するノズル本体と、ノズル本体内に収容され、少なくとも１つの第１ノズル出口を通る燃料噴射を制御するように、シート面によって画成された外部シートと係合可能である弁部材とを備えている。弁部材には、内部孔面を有する孔が設けられている。孔内に収容されたインサートは、部分球ヘッドを備え、部分球ヘッドは、弁部材が使用時に移動するとき、孔の内面との接触を維持し、弁部材の移動を案内するように、孔の内径に差し渡されている。部分球ヘッドは、弁部材用の内部シートを画成する面も備えている。
【０００７】
前述の特徴の組合せを有する噴射ノズルは、特別の利得をもたらすことが見出されている。第１に、弁部材の移動がインサートによって案内されるので、偏心して持ち上がる可能性が低く、弁の信頼性が高められる。弁部材には、内部及び外部シートの両方が設けられ、一方がノズル本体によって画成され、他方が弁孔内のインサートによって画成されていることが、さらに他の利得である。内部シートを画成するインサートを設けることによって、（２つの外部シートを設ける場合のように）、異なる軸方向高さに配置させねばならないシートに対する制約が存在しないので、内部及び外部シートを略同一又は同等の軸方向位置に設けることができる。これは、出口の近くの横方向力に露出される弁部材の垂直面積が減少することを、意味している。第３に、インサートに部分球ヘッドを設けることは、弁部材用の内部シートのどのような位置ずれも、その球の芯を中心として傾いて運動することができるヘッドによって、調整されることを意味している。内部シートは、球の中心に近接して配置させることが可能であるので、再位置合わせに必要な内部シートのトルクが最小限に抑制されることになる。さらに、少なくとも弁部材が着座している場合に、外部シートと内部シートは、ノズル本体の軸に沿って略一列に並んで配置されるようにすることができる。
【０００８】
好ましい一実施形態において、弁部材は、弁先端で終端し、これによって、弁部材は、弁先端において、インサートによって案内されるようになっている。弁先端は、典型的には、弁部材が着座したとき、外部シートの下流側に位置している。弁部材は、好都合にも、その上端でも案内されるようにすることが可能であるので、弁部材は、両端で案内され、改良された弁の制御をもたらすことになる。
【０００９】
例えば、第１実施形態において、噴射ノズルは、ノズル本体に設けられた少なくとも１つの第２ノズル出口を備え、この場合、インサートは内側弁である。この内側弁は、孔内において摺動可能であり、かつ少なくとも１つの第２ノズル出口を通る燃料噴射を制御するように、シート面によって画成されたインサートシートと係合可能になっている。
【００１０】
環状部材が弁部材の孔内に収容され、この環状部材が内部シートと係合可能であるとさらに好ましい。環状部材は、弁部材の本体とは別体であるとよい。あるいは、環状部材が弁部材と一体に形成されるように、弁部材が機械加工されていてもよい。
【００１１】
ノズルは、内側弁に連結されたスリーブ部材をさらに備えているとよく、内側弁にも軸方向運動を与えるために、弁部材が所定距離よりも大きい距離だけ軸方向に移動したとき、環状部材がスリーブ部材と係合するようになっている。
【００１２】
好ましくは、環状部材とスリーブ部材は、互いに向き合った端面を有し、これらの端面は、弁部材と内側弁がそれぞれのシートに着座したとき、所定距離だけ離間するようになっている。
【００１３】
さらに好ましい実施形態において、内側弁は、弁ステムを備え、内部シートは、部分球ヘッドと弁ステムとの間の肩によって画成されている。
【００１４】
環状部材の端面は、実質的に平坦であるとよい。あるいは、環状部材の端面は、切頭円錐状であってもよい。後者は、環状部材と内部シートとの間に環状の接触ラインを生じさせ、燃料の密シールを形成するという利点をもたらすことになる。
【００１５】
本発明の第２実施形態において、インサートは、弁の形態を取らず、ノズル操作の全ての段階において、インサートシートと係合状態を維持するようになっている。
【００１６】
この実施形態においても、弁部材は、内部シートと係合可能であるように、弁部材の孔内に収容される環状部材を備えているとよい。
【００１７】
第１実施形態におけるように、環状部材の端面は、実質的に平坦であるとよい。あるいは、環状部材の端面は、切頭円錐状であってもよい。後者は、環状部材と内部シートとの間に環状の接触ラインを生じさせ、燃料の密シールを形成するという利点をもたらすことになる。
【００１８】
第２実施形態の修正例として、ノズル本体には、燃料の漏れが外部シートを超えた場合に燃料を排出することができる排出通路が設けられていてもよい。
【００１９】
いずれの実施形態においても、噴射ノズルは、インサートをインサートシートに付勢する手段をさらに備えているとよい。例えば、インサートをインサートシートに付勢する手段は、燃料を孔に流入させて流体閉鎖力をインサートに作用させることを可能とする弁部材に形成された少なくとも１つの開口を備えているとよい。加えて、インサートをインサートシートに付勢するバネが設けられていてもよい。
【００２０】
弁部材が着座していないときに、一般的には、外部シートを超えて少なくとも１つの第１ノズル出口に至る燃料流路が設けられ、さらに、内部シートを超えて少なくとも１つの第１ノズル出口に至る補助流路が設けられている。補助燃料流路は、インサートに設けられた少なくとも１つの平面又は溝の形態、及び／又は弁部材（弁部材の環状部材又は本体）に設けられた少なくとも１つの平面又は溝の形態を取るとよい。
【００２１】
本発明の第２態様によれば、内燃機関に用いられる噴射器が提供されている。この噴射器は、第１態様で述べた噴射ノズルと、弁部材の移動を制御するためのアクチュエータ、好ましくは、圧電アクチュエータとを備えている。
【００２２】
本発明の第１態様の好ましい及び／又は任意選択的な特徴が、本発明の第２態様においても、単独で又は適切な組合せで、設けられてもよいことが理解されるだろう。
【００２３】
以下、例を挙げて、添付の図面に基づいて、本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下の説明において、「上側」及び「下側」という用語は、図面に示される噴射ノズルの方向に対して用いられている。同様に、「上流」及び「下流」という用語は、燃料入口ラインから燃料出口に向かってノズルを通る燃料の流れの方向に対して用いられている。
【００２５】
図１は、本出願人による米国特許第６，７７６，３５４号に記載されているような形式の内燃機関用の圧電燃料噴射器１を示している。噴射器１は、総称的に２で表示される本発明による噴射ノズルを組み込むのに適している。噴射ノズル２は、その第１実施形態が図２に示されている。
【００２６】
図１及び図２を参照すると、噴射ノズル２は、可変オリフィスノズル式であり、行き止まり軸方向孔４が設けられたノズル本体３を備えている。行き止まり軸方向孔４は、その行き止まり端が嚢容積部６内で終端している。また、行き止まり軸方向孔４は、その行き止まり端に向かって、切頭円錐形状のシート面７を画成している。シート面７は、ノズルの弁手段用の外部シート１１の形態にある第１シートを画成している。このノズルの弁手段は、（図１に示されていない）第１及び第２ノズル出口の組９，１０を通る噴射を制御するようにノズル本体軸方向孔４に摺動可能に収容された外側弁８を備えている。第１ノズル出口の組９の入口端は、シート面７から半径方向に離れて延在し、第１出口９の出口端においてエンジンシリンダー（図示せず）に開口している。同様に、第２ノズル出口の組１０の入口端は、嚢容積部６と連通し、そこから半径方向に離れて延在し、第２出口１０の出口端で開口している。
【００２７】
外側弁８の移動は、圧電アクチュエータによって制御されるようになっている。圧電アクチュエータは、溜め容積部１７内に配置された圧電要素のスタック１６と、電圧をスタック１６の両端に印加することを可能にする電気コネクタ１８とを備えている。使用時において、溜め容積部１７は、噴射ノズル２への供給通路の一部をなし、高圧燃料で満たされると、スタック１６に流体負荷を加えることになる。圧電アクチュエータは、流体増幅装置１９を介して外側弁８に連結され、外側弁８の移動は、スタック１６を伸張及び収縮させるために、スタック１６に印加される電圧を変化させることによって、制御されるようになっている。
【００２８】
スタック１６の両端の電圧が低下すると、スタック長さが収縮し、外側弁８が外部シート１１から離れて上方に引き上げられることになる。電圧が増大すると、スタック長さが伸長し、外側弁８が外部シート１１に向かって下方に移動することになる。
【００２９】
燃料は、例えば、エンジンの１つ以上の他の噴射器にも燃料を供給するように配置されたコモンレール又は他の適切な圧力燃料源から、入口２０を介して噴射器１に供給されるようになっている。加圧燃料は、入口通路２１と溜め容積部１７を介して、入口２０から環状チャンバー２２に通じている。この環状チャンバー２２は、孔４内において、ノズル本体３と外側弁８の上側領域８ａとの間に画成されている。上端領域８ａは、ノズル本体軸方向孔４の直径と実質的に等しい直径を有している。従って、使用時に、これらの部分間の協働作用は、外側弁８が孔４内で往復運動するとき、外側弁８の運動を案内するのを促進するように働くことになる。上側領域８ａ内に機械加工された螺旋溝が、孔４を通して環状チャンバー２２からノズル送達チャンバー２４に通じる燃料用の流路をもたらしている。
【００３０】
図２から理解され得るように、第１及び第２出口の組９、１０は、各組に２つ以上の出口を有し、各組はノズル本体３に沿って異なる軸方向位置に配置されるように示されている。代替的に、各出口の組９，１０は、単一の出口のみを備えていてもよい。従って、この明細書の趣旨として、「出口」という用語は、１つ以上の出口に適用され、また、その逆もあると考えられるべきである。
【００３１】
外側弁８は、その下端が先端２８で終端し、この先端２８は、送達チャンバー２４内の燃料が第１出口９を通って流出することができるかどうかを制御するように、外部シート１１と係合可能になっている。外側弁８は、（図１にのみに示される）閉鎖バネ３０の形態にある弾性要素によって、外部シート１１に向かって付勢され、閉鎖バネ３０によって与えられる力に抗して外部シート１１から離れて移動するように、アクチュエータによって操作可能になっている。
【００３２】
また、噴射ノズル２は、外側弁８の下側領域に設けられた行き止まり軸方向孔３２内に摺動可能に収容された内側弁部材の形態にあるインサート３１も備えている。内側弁３１は、略均一の断面を有する上側ステム領域３３と、ステム３３の直径よりも大きい直径を有して略円錐状の先端で終端する拡大部分球ヘッド３４とを備えるような形状を有している。ヘッド３４は、ステム３３と交わる最大幅の点において、外側弁孔３２の内径の直径と実質的に等しい外径を有し、従って、この内径に差し渡され、ヘッド３４の周囲を取り巻く弁孔３２の内面と接触することになる。内側弁ヘッド３４の平坦な上面は、内側弁３１上に肩を画成している。この肩は、外側弁８用の内部シート５０をもたらしている。従って、外側弁は、２つのシート（すなわち、外部シート１１と内部シート５０）を有している。図２に示される閉位置において、内側弁３１は、内側弁シート３９と呼ばれるインサートシートに着座している。この内側弁シート３９は、第１出口の組９の下方の位置で、シート面７の領域によって画成されている。
【００３３】
内側弁３１の上端４０は、外側弁孔３２の行き止まり端によって画成されたチャンバー４１内に収容されている。このチャンバー４１は、外側弁８に設けられた横断穿孔の形態にある半径方向通路４３を介して、ノズル軸方向本体孔４と連通している。従って、軸方向孔４内の加圧燃料は、外側弁孔３２とチャンバー４１に流入することが可能となる。チャンバー４１内の燃料圧は、内側弁３１に作用し、内側弁３１を内側弁シート３９に付勢する手段をもたらすことになる。
【００３４】
内側弁シート３９に向かう及びそこから離れる内側弁３１の移動によって、第２出口の組１０を通る燃料噴射を制御するようになっている。しかし、外側弁８とは違って、内側弁３１は、圧電スタック１６によって、直接操作されるようになっていない。その代わり、後でさらに詳細に述べるように、外側弁８が所定距離を越えて上方に（すなわち、外部シート１１から離れて）移動した時点で、この外側弁８は、運動を内側弁３１に伝え、内側弁３１を内側弁シート３９から離れて上方に移動させるようになっている。
【００３５】
外側弁８は、外側弁孔８内に収容された環状部材又はリング４４をさらに備えている。リング４４は、別体の部品であり、リング４４の外面と外側弁孔３２の内面との間の摩擦接触によって、外側弁８に連結されている。すなわち、リング４４は、外側弁孔３２に締まり嵌めされている。外側弁８とリング４４は、一緒になって、可動弁手段を形成している。代替的実施形態において、内側弁３１は、リング４４が外側弁８の一体部品をなすように、異なって構成されていてもよい。リング４４は、第１上端面４７と、第２下端面４８とを備えている。閉位置において、リング４４の下端面４８は、内側弁ヘッド３４の上面によって画成された内部シート面５０と係合している。
【００３６】
リング４４の内径は、内側弁ステム３３の外径よりも大きい。従って、ステム３３は、リング４４内を通過し、リング４４に対して隙間嵌めを画成している。図２に示される位置において、内側弁３１は、チャンバー４１内の高圧燃料と一緒に作用するリング４４によって、そのシート３９に対して保持されている。
【００３７】
内側弁３１は、内側弁３１とは別体の部品であるスリーブ５２の形態にある実質的に管状の部材を有し、リング４４の上端面４７は、そのスリーブ５２の第１下端面５３と向き合っている。スリーブ５２は、外側弁孔３２の内径よりも小さい外径を有し、内側弁３１は、孔３２内を自在に摺動することができるようになっている。スリーブ５２は、内側ステム３３の外径と実質的に等しい内径を有している。従って、スリーブ５２は、ステム３３に締まり嵌めされ、摩擦接触によってステム３３に連結されている。
【００３８】
スリーブ５２の下端面５３とリング４４の上端面４７は、製造時に予め定められる距離「Ｌ」だけ離れている。この距離「Ｌ」は、外側弁８が内側弁３１に運動を伝えるためにスリーブ５２と係合する前に、その内部及び外部シート５０，１１から持ち上がるのに必要な量を決定している。スリーブ５２の下端面５３とリング４４の上端面４７は、内側弁３１と外側弁８の両方が、図２に示されるように着座したとき、最大の距離（すなわち、所定距離「Ｌ」）だけ離れていることが理解されるべきである。
【００３９】
使用時において、高圧下の燃料が、コモンレールから入口２０、入口通路２１、及びスタック容積部１７を介してノズル本体軸方向孔４（従って、送達チャンバー２４）に送達されるようになっている。初期段階では、圧電アクチュエータは、スタック１６が伸張状態にあるように比較的高通電レベルに通電されている。この状況では、外側弁８は、閉鎖バネ３０の付勢力によって、その内部及び外部シート５０，１１に対して保持されている。内側弁３１は、チャンバー４１内の燃料の圧力と内部シート面５０と当接しているリング４４によって、そのシート３９に対して保持されている。
【００４０】
図３を参照すると、上側の出口の組９のみを通って燃料を噴射するために、（図３には示されていない）スタック１６が、第１中間通電レベルに減電され、スタック１６を収縮させ、その結果、持上げ力が外側弁８に伝達されることになる。従って、外側弁８は、その内部及び外部シート５０，１１から離れて移動するように付勢され、外部シート１１を越え、従って、第１出口の組９を通る燃料用の流路Ａ，Ｂを開くことになる。図示の断面では、２つの流路Ａ，Ｂとして示されているが、外側弁８が外部シート１１から持ち上がるときに開く出口９，１０への流路は、外側弁８の周りの環状流路であることが理解されるだろう。
【００４１】
外側弁８が外部シート１１から持ち上がるときに、リング４４が内部シート５０から分離されるが、外側弁先端２８の領域における内側弁ヘッド３４の外面が孔３２の内面と係合状態で維持されているので、シート５０を越えて第１出口の組９に流れる燃料は、実質的に存在しない。実際には、外側弁８が持ち上がったとき、極めてわずかな量の燃料の漏れが内側弁ヘッド３４の外面と孔３２の内面との間に流出することもあり得るが、弁８が内面５０に着座しているときは、いかなるこのような漏れも阻止されることになる。従って、噴射間におけるこの経路を通るどのような望ましくない漏れも、エンジン排出物に有害な影響を与える可能性がある場合、内部シート５０を設けることは、好都合である。
【００４２】
スタック１６のこの最初の減電中に、外側弁８は、（図２に示される）距離「Ｌ」以下の距離を移動することになる。リング４４は、外側弁８によって運ばれ、リング４４の上端面４７がスリーブ５２の向き合っている下端面５３に接近することになる。図３において、リング４４は、距離Ｌだけ正確に移動し、スリーブ５２とぴったり接触した状態になっている。もし外側弁８の移動する距離が所定距離「Ｌ」未満の場合、外側弁８の移動は、内側弁３１から分離して行なわれ、内側弁３１は、チャンバー４１内の加圧燃料の影響によって、内側弁シート３９に緊密に着座して維持されている。従って、燃料は、着座した内側弁３１を超えて第２出口１０に流れることができない。
【００４３】
ノズル操作の１つの有益な特徴は、この最初の持上げ段階中に、内側弁ヘッド３４の周面と外側弁孔３２の内面との接触が、外側弁８が後退するときに、外側弁先端２８に対する有効な案内をもたらす点にある。従って、外側弁８は、その上側及び下側端８ａ，２８の両方において、案内されることになる。
【００４４】
上記の条件は、比較的低出力用途に最適の燃料噴射を表している。何故なら、比較的少量の燃料が、比較的小さい第１出口の組９のみを通って噴射されるからである。
【００４５】
ここで、もし第１出口の組９を通る噴射を終了させる必要がある場合、スタック１６がその最初の通電レベルに再通電され、スタック１６を伸張させることになる。その結果、（図１に示される）閉鎖バネ３０の付勢力の影響によって、外側弁８が、シート面７によって画成された外部シート１１と内側弁３１によって画成された内部シート５０の両方と再係合されることになる。
【００４６】
図４は、噴射器の操作の次の段階又は代替的段階中の噴射ノズル２を示している。この段階において、スタック１６は、第２通電レベルまでさらに減電され、スタック長さをさらに縮小させるとよい。その結果、外側弁８は、所定距離「Ｌ」よりも大きい更なる量だけ、その内部及び外部シート５０，１１から離れるように付勢されることになる。このような状況では、リング４４の上端面４７がスリーブ５２の下端面５３と係合され、これによって、外側弁８の運動を内側弁３１に伝達又は連結させる。その結果、内側弁３１は、内側弁シート３９から持ち上がることになる。
【００４７】
内側弁３１がそのシート３９から持ち上がると、送達チャンバー２４内の燃料は、（開いている外側弁８によって）、外部シート１１を超えて、第１出口の組９に流れるのみならず、内側弁シート３９を超えて、嚢容積部６を介して第２（すなわち、下側）出口の組１０、さらに燃焼室内に流れることができる。第２出口の組１０を通る流れは、第１出口の組９を通る燃料流れを補充し、高エンジン出力モードに適する高燃料噴射率をもたらすことになる。
【００４８】
前述したように、スタック１６が再び高通電レベルに通電されると、噴射は終了することになる。代替的に、通電レベルが第１レベルまでわずかに増大され、これによって、外側弁８のみを持ち上げ、内側弁３１をそのシート３９に戻し、第２出口１０への流路を閉鎖するようにしてもよい。
【００４９】
前述したノズルの特別の利点は、外側弁８が後退するとき、内側弁ヘッド３４の外面と外側弁孔３２の内面との間の接触が、外側弁先端２８を堅実に案内することにある。これによって、外側弁８が持ち上げられるとき、外側弁先端２８の同心度が改良されることが確実になる。その結果、外側弁の両側を通り過ぎる燃料流れの差（すなわち、流路ＡとＢを通る流れの差）から生じる高い横方向力の生成に対する外側弁の復元力が増大することになる。外側弁８が持ち上がったときに外側弁８と孔４との間に偏心が生じた場合に、このような力が生じ易い。従って、より効果的で信頼性のあるシールが、外側弁８と外部シート１１との間に確立され、より信頼性のある弁閉鎖をもたらすことになる。
【００５０】
本発明のさらに他の利点は、外側弁孔３２内の圧力が高いので、外部シート１１に着座する外側弁８の領域下の圧力降下は、この領域と外側弁孔３２との間の比較的小さい面積にしか作用しない点にある。弁８を持ち上げるのに必要な力は、圧力降下とシート１１，５０の下流側の垂直に投影される面積の積と等しい。この場合、初期状態におけるこの面積は、以下の式によって与えられる。
【００５１】
面積  ＝  π／４×（（外部シートの直径）２−（内部シートの直径）２）
【００５２】
従って、外側弁８を持ち上げるのに必要な力は低い。持上げ力が低いというこの要件によって、ノズルは、（流体サーボ装置を介するよりもむしろ）、ここに記載されるような直動式アクチュエータによる操作に、特に適している。何故なら、比較的低いエネルギー要件は、圧電スタックによって得られるからである。さらに、シートの下流側の垂直に投影される面積が低いので、圧力のいかなる左右の不均衡もわずかな横方向力しか生じることがなく、弁閉鎖を妨げる摩擦が生じる可能性を最小限に抑制することになる。
【００５３】
外側弁８が内側弁シート３９と係合する部分球面を有する要素（内側弁３１）に着座することによって、さらに他の利点が得られる。内側弁３１の部分球の性質によって、内側弁３１は、球の芯を中心として回転又は傾斜し、その上面の内部シート５０の位置ずれを矯正することが可能である。球ヘッド３４の中心が内部シート５０から短距離しか離間していないので（内面５０そのものが部分球ヘッド３４の「平坦な上面」にあるので）、再位置合わせを妨げようとするシート５０の摩擦によって生じる内側弁３１のトルクは、ごく小さい。内部シート５０は、部分球ヘッド３４の上面によって画成されているので、これは、外部シート１１と内部シート５０が、外側弁８が着座しているとき、ノズルの軸に沿って略一列に並び、外側弁８が持ち上げられても、比較的少量（多くても、所定の持上げ距離Ｌ）しか、軸方向において離間されないことを意味している。
【００５４】
図５は、本発明の第２実施形態を示している。この実施形態では、リング４４の下面４８は、平坦ではなく、内部シート５０に対して特徴的な環状のシートラインを生じさせるために、水平に対してある角度で傾斜している（すなわち、この下面は、切頭円錐状になっている）。着座を、面接触ではなく、特徴的な環状ラインに集中させることによって、平面性の誤差に対して許容度が高く、埃を捕捉し難い改良されたシールをもたらす可能性が高くなる。
【００５５】
この実施形態の代替例（図示せず）として、平坦な下面４８を有するリング４４が、内側弁３１のヘッド３４の傾斜した面と協働作用するように、配置されていてもよい。
【００５６】
図６は、内側弁ヘッド３４がその外面に平面５４（又は長穴、溝、又は孔）を備える点において、図２に示される実施形態と異なる第３実施形態を示している。さらに、平面５５（又は長穴、溝、又は孔）の形態にある流路が、外側弁８のリング４４に設けられている。外側弁８のみが持ち上げられている第１噴射位置にある図６の実施形態を示す図７から理解されるように、平面５４、５５は、内側弁３１が外側弁先端２８の案内をもたらすと同時に、第１出口の組９への燃料流れ用のＣで表示される補助流路をもたらすことができることを意味している。さらに具体的には、平面５４，５５は、外側弁８が持ち上がったとき、充分な燃料流れが、内側弁３１の内部シート面５０を通り過ぎることを可能としている。また、平面５４，５５は、外側及び内側弁８，３１の両方が持ち上げられたとき、十分な流れが、第１及び第２出口の組９，１０に向かって、内部シート５０を通り過ぎることを可能としている。
【００５７】
（図６には示されていない）より高く持ち上げられる状態、例えば、外側弁８がその内部及び外部シート５０，１１からさらに持ち上げられる場合、部分球ヘッド３４と外側弁孔３２との間の隙間が内部シート５０における隙間よりも絞られるにつれて、内部シートの絞りの有効点は、孔直径の側に移動することになる。すなわち、外側弁８がより高く持ち上げられると、部分球ヘッド３４の周面と外側弁孔３２の内面との間に形成される通路を通る燃料流れは、この通路が、リング４４の下端面４８と内部シート５０との間の間隙よりも著しく小さくなるにつれて、最も絞られることになる。
【００５８】
第２及び第３実施形態の操作は、図２〜図５における第１実施形態の方法と同様の方法で実施されるとよいことが理解されるだろう。
【００５９】
図８及び図９は、本発明の第４実施形態を示している。この実施形態は、図２〜図４における実施形態と概して同様なので、同様の部品には同様の番号を付し、ここでは再び説明しない。
【００６０】
第４実施形態は、ノズル本体３が、エンジンシリンダーへの単一の出口の組９しか備えていないが、その一方、付加的出口５６を備えている点において、第１実施形態と異なっている。この付加的出口５６の機能については、後述する。他の修正点は、内側弁が、部分球外面５９と平坦な上面５０とを有する実質的に静止した部分球インサート５７に置き換えられている点にある。部分球面５９は、ノズル本体３によって画成されたシート３９に着座し、外側弁孔３２の内面と接触するように、その孔３２の最下端内に収容されている。
【００６１】
第４実施形態は、図５に示されるのと同様の切頭円錐状の下面４８を有するリング４４を備えている。しかし、平坦な下面を有するリングが同様に用いられるようにすることもできる。ノズルが非噴射位置にあるとき、リング４４は、インサート５７に設けられた内部シート５０に着座している。
【００６２】
リング４４が外側弁孔３２内においてわずかに位置ずれしている場合、インサート５７は、その球の芯を中心として回転又は傾斜することによって面３９へのその着座角度を調整し、その平坦な上面５０をリング４４の角度に合わせ、これによって、位置ずれを解消することができる。従って、ノズル出口９は、外側弁８の外部及び内部シート１１，５０の両方において、高圧燃料から効果的にシールされることになる。
【００６３】
高圧燃料が、外側弁孔３２に入り、リング４４を介して部分球インサート５７に伝達される（図８には示されていない）バネの力と一緒になって、インサート５７をそのシート３９に対して保持するように働くことになる。ノズル本体３の付加的出口５６は、インサート５７の下方に排出口をもたらしている。この排出口は、インサート５７の周囲からノズル本体３の先端内へのどのような燃料の漏れをも簡単にエンジンシリンダー内に排出させることを確実にするために、設けられている。このようにして、インサート５７は、その下方に捕捉される燃料によってそのシート３９から持ち上がるのが阻止されるようになっている。
【００６４】
図９を参照すると、燃料を出口９を通して噴射させることが望まれるとき、外側弁８が（図９には示されていない）圧電スタック１６によって後退させられ、リング４４を内部シート５０から離脱させることになる。このような状況において、環状流路Ｅ，Ｆが外部シート１１を越えて上方に開通され、これによって、高圧燃料は、出口９を通ってエンジンシリンダー内に流出することが可能となる。
【００６５】
部分球インサート５７は、外側弁孔３２内の高圧燃料によってそのシート３９に効果的に着座しているので、外側弁８が後退するとき、インサート５７の外面５９と外側弁孔３２の内面との間の接触によって、外側弁８の先端２８を案内することが可能となる。さらに、インサート５７は、常に外側弁孔３２内に嵌入された状態で維持されているので、燃料は、内部シート５０を超えて出口９に流れることができない。内側弁３１がノズル本体３に対して流体集中力を生じさせる内側弁３１の外面の周りの流れによって持ち上げられたときでさえ、内側弁３１は、外側弁８の先端２８を継続的に案内することになる。この実施形態において、外部シート１１と内部シート５０は、インサート５７がどのような状況下にあっても軸方向に移動することがないので、外側弁８が着座しているとき及び外側弁８が持ち上げられるときのいずれにおいても、ノズルの軸に沿って略一列に並んでいる。
【００６６】
この第４実施形態の変更例（図示せず）では、前述したのと同様に、１つ以上の平面がインサート５７の外面５９に設けられている。このような変更例は、図８及び図９に示されるように、外側弁８が持ち上げられるときに、その先端２８の有効な案内が維持されることを確実にするのみならず、外側弁８が持ち上げられるときに、外側弁孔３２を通る出口９への補助流路をもたらすことになる。
【００６７】
ここでも、外側弁孔３２がそこに充分な燃料圧を有しているので、外部シート１１と係合する領域の下方の圧力降下は、この領域と外側弁孔３２との間の比較的小さい面積にしか作用せず、これは、外側弁８を持ち上げるのに必要な力が低いことを意味している。
【００６８】
以下、第１実施形態による内側弁３１及び外側弁８をノズル本体３内に組み込む方法について、前述の図１〜図７とそこに示される番号を全体的に参照して、説明する。
【００６９】
最初、リング４４の下面４８が内側弁ヘッド３４に画成された内部シート５０と当接するように、リング４４が内側弁３１のステム領域３３の周りに嵌め込まれる。リング４４が配置された状態で、そのリング４４が内側弁３１に維持されるように、ステム領域３３がスリーブ５２内に嵌め込まれる。所定距離「Ｌ」を設定するために、厚み「Ｌ」を有するシムのようなスペーサ工具（図示せず）が、リング４４の上端面４７に配置され、スリーブ５２が、シムと係合するように押し込まれる。シムが取り出されると、必要な間隔である距離「Ｌ」が、リング４４の上端面４７とスリーブ５２の下端面５３との間に確立されることになる。
【００７０】
内側弁３１、リング４４及びスリーブ５２の組立に続いて、この組み合された内側弁３１とリング／スリーブ組立体４４，５２が、外側弁８の孔３２内に押し込まれる。次いで、内側及び外側弁３１，８は、外側弁８がその内部及び外部シート５０，１１と係合し、かつ内側弁３１がそのシート面３９と係合するように、一緒にノズル本体孔４内に挿入される。ノズル２ａの組立に続いて、内側及び外側弁３１，８のシート３９，１１における効果的なシールを確立するために、載置操作が行なわれる。シート載置操作は、所定の一定軸方向力を外側弁８に作用させる段階と、外側弁８を外部シート１１上に「載置」する段階とを含んでいる。所定の一定軸方向力を外側弁８に作用させる代替案として、載置操作は、動的になされてもよい。
【００７１】
図８及び図９の実施形態の作製に関して、外側弁８が内部及び外部シート５０，１１の両方と同時に接触し、出口９への効果的なシールをもたらすのを確実にするために、全ての要素をノズル本体３内に組み込み、シールが外部シート１１に形成されるまで負荷を外側弁８に作用させることによって（又は所定の力と連通させることによって）、リング４４は、その最終位置に押し込まれるようになっている。
【００７２】
本発明を実施する者及び当業者であれば、請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、種々の修正及び改良がなされ得ることが、理解されるだろう。例えば、第１、第２及び第３実施形態では、内側弁３１は、外側弁孔３２内の高圧燃料と内側弁ヘッド３４と当接しているリング４４とによって、そのシート３９と係合するように押し付けられているが、使用時に、リング４４の下端面４８が磨耗し、内側及び外側弁３１，８が着座しているときでさえ、シート５０に隙間が成長し、ノズル本体３への内側弁３１によって確立されたシールを損なうことがある。これに対処するために、内側弁３１に更なる付勢力を与えるために、螺旋バネ（図示せず）のような弾性部材をチャンバー４１内に設けることが望ましい。このようなバネは、スリーブ５２の上端面に当接し、これによって、付勢力がこれらの部品間の摩擦結合を介して内側弁３１に伝達されるようになっているとよい。代替的に、バネは、チャンバー４１内に配置される別体の当接部材に当接していてもよい。
【００７３】
さらに、リング４４とスリーブ５２は、摩擦接触によって外側弁８と内側弁３１に連結されているが、この連結は、例えば、接着又は半田付けのような代替的手段によって、達成されてもよいことが理解されるだろう。
【００７４】
本発明の噴射ノズル２は、圧電アクチュエータを有する噴射器１内に用いられるのに適していると説明したが、噴射器１が弁を移動させるための代替的形態にあるアクチュエータを備えることも充分にあり得ることが理解されるべきである。例えば、圧電アクチュエータの代わりに、外側弁は、電磁アクチュエータによって移動されてもよい。
【００７５】
ノズル本体３は、外側弁８とインサート３１、５７用の外部シート１１及びインサートシート３９をそれぞれ画成するとして説明したが、ノズル本体３は、これらのシート面を画成するために、ライニング板、スリーブ、又は同等物を備えていてもよい。同様に、リング４４は、内部シート５０と係合する外側弁８の面を画成するために、その下端面４８にカバー板を備えることも可能である。また、内側弁３１又はインサート５７のいずれかが、内部シート５０を画成するために、カバー板又は同等物を備えることもできる。他の修正例において、外側弁孔３２は、内部孔面を画成するために、ライニングスリーブ又は同等の要素を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態による噴射ノズルを組み込むのに適する形式の燃料噴射器の部分断面図である。
【図２】非噴射位置にある本発明の第１実施形態による噴射ノズルの拡大部分断面図である。
【図３】第１噴射位置にある図２の噴射ノズルの部分断面図である。
【図４】第２噴射位置にある図２の噴射ノズルの部分断面図である。
【図５】非噴射位置にある本発明の第２実施形態による噴射ノズルの拡大部分断面図である。
【図６】非噴射位置にある本発明の第３実施形態による噴射ノズルの拡大部分断面図である。
【図７】第１噴射位置にある図６の噴射ノズルの部分断面図である。
【図８】非噴射位置にある本発明の第４実施形態の拡大部分断面図である。
【図９】噴射位置にある図８の噴射ノズルの部分断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  噴射器
２  噴射ノズル
３  ノズル本体
４  行き止まり軸方向孔
６  嚢容積部
７  シート面
８  弁部材（外側弁）
８ａ  上側領域
９  第１ノズル出口の組
１０  第２ノズル出口の組
１１  外部シート
１６  圧電スタック
１７  溜め容積部
１８  電気コネクタ
１９  流体増幅装置
２０  入口
２１  入口通路
２２  環状チャンバー
２４  送達チャンバー
２８  先端
３０  閉鎖バネ
３１  インサート（内側弁）
３２  行き止まり軸方向孔（外側弁孔）
３３  上側ステム領域
３４  部分球ヘッド
３９  インサートシート（内側弁シート）
４０  上端
４１  チャンバー
４３  半径方向通路
４４  リング
４７  第１上端面
４８  第２下端面
５０  内部シート
５２  スリーブ
５３  第１下端面
５４，５５  平面
５６  付加的出口
５７  部分球インサート
５９  部分球外面
Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆ  燃料流路
Ｃ  補助流路
Ｌ  所定距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007024040.tif 000005
【図４】
2007024040.tif 000006
【図５】
2007024040.tif 000007
【図６】
2007024040.tif 000008
【図７】
2007024040.tif 000009
【図８】
2007024040.tif 000010
【図９】
2007024040.tif 000011
【外国語明細書】
2007024040.tif 000012
2007024040.tif 000013
2007024040.tif 000014
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