(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼チャンバに高圧で燃料を噴射するための閉鎖ノズルインジェクタにおいて、
インジェクタキャビティと該インジェクタキャビティの一端に連通する燃焼チャンバ内に燃料を放出するためのインジェクタオリフィスとを含むインジェクタ本体と、
インジェクタオリフィス近傍のインジェクタキャビティの一端に配置されており、燃料がインジェクタオリフィスを介して燃焼チャンバ内に流れ込み得る開放位置と、燃料のインジェクタオリフィス通り抜けが阻止される閉鎖位置との間を移動可能であるノズルバルブエレメントと、
ノズルバルブエレメント上に配置される制御ピストンと、
インジェクタ本体に対する側方移動のために制御ピストン上に取付けられ、少なくとも部分的に制御チャンバを画成するフローティングスリーブであって、制御ピストンを受容するボアと、開放端と、制御チャンバからの燃料流出を阻止するためにインジェクタ本体に連続的にシール係合するように配置される開放端シーリング面とを含む前記フローティングスリーブと、
制御チャンバから低圧ドレンに燃料を排出するためのドレン回路と、
制御流量からの燃料を制御するためにドレン回路に沿って配置される噴射制御バルブと、
を含み、
前記フローティングスリーブが、自由な移動を可能とする上部ジョイントを形成するために、スリーブ座部と、該スリーブ座部とシール係合するよう配置される主スリーブ部とを有する、インジェクタ。
【請求項２】
前記制御チャンバに加圧燃料を供給するためのチャージ回路を更に有し、該チャージ回路が前記フローティングスリーブに形成されたチャージ通路を有する、請求項１に記載のインジェクタ。
【請求項３】
前記フローティングスリーブが前記インジェクタ本体から半径方向に離間された間隔をおいて位置決めされた外面を含み、前記フローティングスリーブの前記インジェクタ本体に関する側方移動を可能にする、請求項１に記載のインジェクタ。
【請求項４】
前記噴射制御バルブが、前記制御チャンバに減圧状態を生じさせる開放位置と前記制御チャンバに高圧状態を生じさせる閉鎖位置とを移動可能であり、インジェクタが、前記噴射制御バルブが前記閉鎖位置にある際には第１の付勢力によって、また前記噴射制御バルブが前記開放位置にある際には第２の付勢力によって、前記開放端シーリング面が前記インジェクタ本体にシール係合するよう付勢する付勢手段を更に有し、前記第２の付勢力は前記第１の付勢力よりも大きい、請求項１に記載のインジェクタ。
【請求項５】
前記付勢手段が、前記フローティングスリーブに前記第１の付勢力を付与するためのスプリングと、前記第２の付勢力を付与するための燃圧力とを有する、請求項１のインジェクタ。
【請求項６】
前記フローティングスリーブが、自由な移動を可能とする下部ジョイントを形成するために、前記主スリーブ部に当接して位置決めされるスプリング座スリーブ部を更に有し、前記主スリーブ部は前記スリーブ座部と前記スプリング座スリーブ部との間に軸方向に位置決めされている、請求項１に記載のインジェクタ。
【請求項７】
前記制御チャンバに加圧燃料を供給するためのチャージ回路を更に有し、該チャージ回路が前記スリーブ座部に形成されたチャージ通路を有する、請求項１に記載のインジェクタ。
【請求項８】
前記制御ピストンが前記ノズルバルブエレメントに一体化して形成されている、請求項１に記載のインジェクタ。
【請求項９】
エンジンの燃焼チャンバに高圧で燃料を噴射するための閉鎖ノズルインジェクタにおいて、
インジェクタキャビティと該インジェクタキャビティの一端に連通する燃料チャンバ内に燃料を放出するためのインジェクタオリフィスとを含むインジェクタ本体と、
インジェクタオリフィス近傍のインジェクタキャビティの一端に配置されており、燃料がインジェクタオリフィスを介して燃焼チャンバ内に流れ込み得る開放位置と、燃料のインジェクタオリフィス通り抜けが阻止される閉鎖位置との間を移動可能であるノズルバルブエレメントと、
ノズルバルブエレメント上に配置される制御ピストンと、
インジェクタ本体に対する側方移動のために制御ピストンの一端部に取付けられ、少なくとも部分的に制御チャンバを画成するフローティングスリーブ手段であって、制御ピストンを受容するボアと、側方移動を可能にするためにインジェクタ本体から半径方向に離間された間隔をおいて位置決めされる外面と、制御チャンバからの燃料流出を阻止するためにインジェクタ本体にシール係合するように配置される端部シーリング面とを含む前記フローティングスリーブ手段と、
制御チャンバから低圧ドレンに燃料を排出するためのドレン回路と、
制御チャンバからの燃料の流出を制御するためにドレン回路に沿って配置される噴射制御バルブであって、制御チャンバに減圧状態を生じさせる開放位置と制御チャンバに高圧状態を生じさせる閉鎖位置とを移動可能な前記噴射制御バルブと、
噴射制御バルブが閉鎖位置にある際には第１の付勢力で、また噴射制御バルブが開放位置にある際には第２の付勢力で、フローティングスリーブ手段をインジェクタ本体にシール係合するよう付勢する付勢手段であって、第２の付勢力が第１の付勢力よりも大きい前記付勢手段と、
を含み、
前記フローティングスリーブ手段が、自由な移動を可能とする上部ジョイントを形成するために、スリーブ座部と、該スリーブ座部とシール係合して位置決めされる主スリーブ部とを有する、インジェクタ。
【請求項１０】
前記制御チャンバに加圧燃料を供給するためのチャージ回路を更に有し、該チャージ回路が前記フローティングスリーブ手段に形成されたチャージ通路を有する、請求項９に記載のインジェクタ。
【請求項１１】
前記付勢手段が、前記フローティングスリーブ手段に前記第１の付勢力を付与するためのスプリングと、前記第２の付勢力を付与するための燃圧力とを有する、請求項９のインジェクタ。
【請求項１２】
前記フローティングスリーブ手段が、自由な移動を可能とする下部ジョイントを形成するために、前記主スリーブ部に当接して位置決めされるスプリング座スリーブ部を更に有し、前記主スリーブ部は前記スリーブ座部と前記スプリング座スリーブ部との間に軸方向に位置決めされている、請求項９に記載のインジェクタ。
【請求項１３】
前記制御チャンバに加圧燃料を供給するためのチャージ回路を更に有し、該チャージ回路が前記スリーブ座部に形成されたチャージ通路を有する、請求項９に記載のインジェクタ。
【請求項１４】
前記フローティングスリーブ手段が前記制御チャンバを形成する閉鎖された上端を有する、請求項９に記載のインジェクタ。
【請求項１５】
前記制御チャンバに加圧燃料を供給するためのチャージ回路を更に有し、前記ドレン回路と前記チャージ回路の各々が前記フローティングスリーブ手段に形成されている、請求項９に記載のインジェクタ。
【請求項１６】
前記スリーブ座部が前記制御チャンバを形成する閉鎖された上端を有する、請求項９に記載のインジェクタ。
【請求項１７】
前記スリーブ座部が、前記ドレン回路と、加圧燃料を前記制御チャンバに供給するためのチャージ回路の両方を有する、請求項１６に記載のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、インジェクタからの燃料漏れを最小限にすると共に燃料の計量を効果的に制御する、サーボ制御式のノズルバルブを有する燃料インジェクタに関する。
【０００２】
内燃エンジンに適用可能なほとんどの燃料供給システムにおいて、エンジン燃焼チャンバに燃料パルスを送るために燃料インジェクタが用いられる。通常用いられているインジェクタは、燃料のシリンダへの噴射を可能にすると共に排気ガスのインジェクタのポンプ又は計量チャンバへの逆流に抗するために、ノズルオリフィスに隣接して位置決めされるスプリングによって付勢されたノズルバルブエレメントを有するノズルアッセンブリを含む閉鎖ノズルインジェクタである。ノズルバルブエレメントは、燃料噴射の緩慢及び急な終わりを可能にするためにも機能し、それにより、排気中に未燃焼の炭素を発生させる第二次噴射を防止する。ノズルバルブは、ノズルキャビティに位置され、ノズルオリフィスを介した燃料の流出を遮断するようにノズルスプリングによって付勢されている。多くの燃料システムでは、ノズルキャビティ内の燃圧がノズルスプリングの付勢力を超えた際にノズルバルブエレメントが外側に移動し、ノズルオリフィスを通って燃料を通過させ、噴射の始まりが定められる。
【０００３】
米国特許第５，８１９，７０４号に開示されるような別のタイプのシステムでは、噴射の始まりはサーボ制御式のノズルバルブエレメントによって制御されている。このアッセンブリは、ノズルバルブエレメントの外端に隣接して位置決めされている制御流量と、燃料を制御流量から低圧ドレンに排出するためのドレン回路と、ドレン回路を介した燃料の流出を制御し、ノズルバルブエレメントを開放及び閉鎖位置に移動させるためにドレン回路に沿って配置される噴射制御バルブとを有する。噴射制御バルブの開放により、制御流量中の燃圧が低下しノズルバルブを開放させる圧力差が生じ、また、噴射制御バルブの閉鎖により、制御流量中の圧力が上昇し、ノズルバルブが閉鎖される。Tarrへの米国特許第５，８６０，５９７号は、バルブに対する制御バルブエレメントの位置決めによってドレン回路を通るドレンの流れを制御する、類似のサーボ制御式の燃料インジェクタ用ノズルアッセンブリを開示している。
【０００４】
上述のサーボ制御式のノズルバルブインジェクタは、ノズルバルブガイド及びドレンへの制御ピストン漏出経路をなくすことにより、損失エネルギーを最小限に抑えることにおいても効果的に機能する。この利点は、典型としてノズルバルブキャビティに流体接続された与圧スプリングキャビティの利用によって達成される。与圧スプリングキャビティを利用した結果として、作用を可能にするために、ノズルバルブエレメント及び制御ピストンは接続されているか又は一体化して形成されていなければならない。従って、ノズルバルブエレメントガイド面／座と制御ピストンボアとの正確な位置合わせが必要とされる。図１は、制御チャンバ１４からの燃料のドレン流出を制御することにより噴射のタイミング及び計量を制御する噴射制御バルブ１２を含む従来のサーボ制御式のインジェクタ１０を示す。インジェクタ１０は、一体化して形成されたノズルバルブエレメント１６と制御ピストン１８とを更に含む。ノズルバルブエレメントガイド面２４及び座２６を形成するノズルハウジング２２を、インジェクタ本体３０によって形成されている制御ピストンボア２８に位置合わせするために精密リングドエル２０が用いられている。しかしながら、高価な精密機械加工を有してはいても、このデザインはノズルハウジングの様々なガイド面と制御ピストンボアとを十分に位置合わせしない。この心のずれにより、ノズルバルブエレメントが過度の摩擦、摩耗、及び事によるとスティクションを受けることになり望ましくない。更に不都合なことに、非対称的噴霧パターンによりバルブで覆ったオリフィス形式のノズルバルブがもたらされ、それにより燃焼に悪影響が及ぼされ易い。
【０００５】
米国特許第４，７９８，１８６号は、ノズルバルブエレメントの外端に位置決めされたピースによって形成される制御流量を有する、ノズルによって制御された燃料インジェクタを開示している。該ピースは、実質的に漏出なしの密封デザイン、及びインジェクタノズルバルブの制約のない軸方向移動を可能とするためにその外周でガイドされておらず、それにより、密封に必要な締り嵌めが全て互いに完全に同心でない場合に生じるであろう所望されない摩擦力を減少させる。該ピースはノズルバルブエレメントの外端を完全に包囲していて、制御流量中の燃圧のみによって付勢され、支持体の平坦な下面に係合している。制御バルブが開いて制御流量から燃料が流出し、制御流量の圧力が低下すると、ピースを支持体の平面に保持する付勢力は実質的に低下する。制御バルブが閉鎖されると、燃圧によってピースに生じる付勢力が効力をなし、ピースの側方移動を防止する。また、２つの環状漏出通路（６３、６９）はスプリングキャビティ及び制御チャンバの高圧領域を分離している。高圧下では、このドレンへの漏出量は相当大きくなり易い。
【０００６】
米国特許第５，０６７，６５８号は、ノズルプランジャの外端に配置される制御チャンバと、プランジャの外端を摺動可能に収容するトップスリーブとを有する、ノズルによって制御されるインジェクタを開示している。スリーブの外端は制御チャンバを密封するために機能する。加えて、緩みのないアッセンブリを付与することにより、トップスリーブを固定して位置決めするために弾性エレメントが用いられている。しかしながら、トップスリーブは相当に精密な嵌合(close tolerance fit)状態で軸ボア内に位置決めされ、燃料がこの精密な嵌合を介して流れ得るようにスリーブ内には軸溝が必要とされる。従って、このデザインでは、制御不良に対処するためのトップスリーブの横方向の十分な動きが提供されない。
【０００７】
米国特許第４，６０５，１６６号は、ノズルバルブエレメントと、ノズルバルブエレメントの外端に取り付けられたスリーブとを有するインジェクタを開示するために記され、該特許において、スリーブはノズルバルブエレメントを閉鎖位置へと付勢するバイアスばねによって付勢され、支持体に封着して係合している。しかしながら、カラー又はスリーブはチェックバルブとして機能し、そのため軸方向に移動可能である。
【０００８】
従って、燃料計量の効果的制御を可能にすると共に、ノズルバルブガイド面と制御ピストンボアとの正確な位置合わせを効果的に可能とする、単純且つ安価なノズルが制御されたインジェクタアッセンブリが必要とされている。
【０００９】
従って、本発明の一目的は、従来技術における不具合を克服し、インジェクタからドレンへの燃料漏れを最小限に抑えることにより、損失エネルギーを最小限に抑える燃料インジェクタを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、加圧ノズルスプリングキャビティを有する、単純且つ信頼できる燃料インジェクタを提供することである。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、制御ピストンボアとノズルバルブガイドボアとの単純な位置合わせを可能にする燃料インジェクタを提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、ノズルバルブエレメントと制御ピストンガイド面との心のずれにより、ノズルバルブエレメントが過度の摩擦、摩耗、曲げ及びスティクションをこうむることを効果的に防止する燃料インジェクタを提供することである。
【００１３】
所定且つ所望の噴霧パターンを効果的且つ確実に生じさせるサーボ制御式のノズルアッセンブリを有する燃料インジェクタを提供することが、本発明の更に別の目的である。
【００１４】
本発明の更に別の目的は、既存のアッセンブリと比較して費用のかからない方法でノズルバルブエレメントガイド面と制御ピストンボアとを効果的に位置合わせするサーボ制御式のノズルアッセンブリを有する燃料インジェクタを提供することである。
【００１５】
本発明の更なる目的は、制御ピストンボアを形成するスリーブにより、ノズルバルブエレメントと支持体との有意な垂直度誤差を調節して両者を当接させることができる燃料インジェクタを提供することである。
【００１６】
本発明の更に別の目的は、加圧燃料漏れによるエネルギー損失を最小限にするため、高圧領域から低圧ドレン領域への環状漏出通路を有さない燃料インジェクタを提供することである。
【００１７】
これら及びその他の目的は、インジェクタキャビティを含むインジェクタ本体と、インジェクタキャビティの一端と流通して燃焼チャンバに燃料を放出するインジェクタオリフィスとを有する、エンジンの燃焼チャンバに燃料を高圧で噴射する閉鎖ノズルインジェクタを提供することによって達成される。このインジェクタは、インジェクタキャビティの一端にインジェクタオリフィスに隣接して配置されるノズルバルブエレメントを更に有する。ノズルバルブエレメントは、インジェクタオリフィスを介して燃料が燃焼チャンバに流出することができる開放位置と、インジェクタオリフィスを介しての燃料の流出が遮断される閉鎖位置との間を移動可能である。制御ピストンがノズルバルブエレメント上に取り付けられ、インジェクタ本体に関して側方移動させるように、制御ピストンにフローティングスリーブが装着されている。フローティングスリーブは、少なくとも部分的に制御チャンバを画定する。このスリーブは、制御ピストンを収容するためのボアと、遠位開放端と、制御チャンバからの燃料の流出を防止するためにインジェクタ本体に対して連続的にシール係合するように位置決めされている遠位開放端シーリング面とを有する。制御チャンバから低圧ドレンへと燃料を排出するためのドレン回路が更に設けられている。加えて、制御流量からの燃料の流出を制御するために、ドレン回路に沿って配置される噴射制御バルブが設けられている。更に、制御チャンバに加圧燃料を供給するためのチャージ回路も設けられ、ここでチャージ回路は、フローティングスリーブ又は供給圧力キャビティを制御チャンバに接続することができるその他の近接したコンポーネントの何れかに形成されているチャージ通路を有する。フローティングスリーブは、フローティングスリーブのインジェクタ本体に関する側方移動を可能にするためにインジェクタ本体から半径方向に離間された間隔をおいて位置決めされている外面を有する。噴射制御バルブは、制御チャンバに減圧状態を生じさせる開放位置と、制御チャンバに高圧状態を生じさせる閉鎖位置との間を移動可能である。インジェクタは、噴射制御バルブが閉鎖位置にある際には第１の付勢力によって、また噴射制御バルブが開放位置にある際には第２の付勢力によって、遠位開放端シーリング面をインジェクタ本体にシール係合するよう付勢する付勢手段を更に有することができる。この第２の付勢力は、第１の付勢力よりも大きい。付勢装置は、フローティングスリーブに第１の付勢力を付与するスプリングと、第２の付勢力を付与する燃圧力とを有しうる。
【００１８】
別の実施形態では、フローティングスリーブは、上部スイベルジョイントを形成するために、スリーブ座部とスリーブ座部にシール係合するように配置される主スリーブ部とを有しうる。フローティングスリーブは、下部スイベルジョイントを形成するために、主スリーブ部に当接して位置決めされるスプリング座スリーブ部を更に有してもよい。従って、主スリーブ部は、スリーブ座部とスプリング座スリーブ部との間に軸方向に位置決めされる。
【００１９】
更に別の実施形態では、フローティングスリーブは、閉鎖された上端を有し、ドレン通路オリフィスとチャージ通路の両方を有し、且つ制御チャンバの一部を形成するスリーブ座部を有することができる。主スリーブ部は、上部スイベルジョイント並びに制御チャンバの一部を形成するように、第１のスリーブ部にシール係合するよう配置される。
【００２０】
更に別の実施形態では、フローティングスリーブは、第１のスリーブと、第１のスリーブにシール係合するよう配置される第２のスリーブとを有することができる。各第１及び第２のスリーブは、流体シールを形成するために制御ピストンが十分に密着したすべり嵌めを成すボアを有しうる。更に、スリーブ座部にチャージ通路が形成される。制御ピストンは、ノズルバルブエレメントと一体化して形成されるのが好ましい。
【００２１】
本明細書を通して、「内方」、「最も内方」、「外方」、及び「最も外方」という言葉は、それぞれ、インジェクタからエンジンの燃焼チャンバに燃料が実際に噴射される個所からの接離方向に対応する。「上部」及び「下部」という言葉は、それぞれ、インジェクタがエンジンに動作可能に装備される際にエンジンシリンダに最も遠い及び最も近接したインジェクタアッセンブリの部分を示す。
【００２２】
図２を参照すると、燃料計量の正確な制御を効果的に可能にすると共に、以下に論じられるように、インジェクタからの加圧燃料漏れによる損失エネルギーを最小限に抑え、且つインジェクタの移動コンポーネントの過度の摩耗やスティクションを防止する、総体的に１００で表される本発明の閉鎖されたノズル燃料インジェクタが示されている。燃料インジェクタ１００は、インジェクタキャビティ１０４を形成する概ね矩形、円筒形状のインジェクタ本体１０２から成る。燃料インジェクタ本体１０２の下部は、本体１０２に形成されている開閉インジェクタオリフィス１１０のために往復するよう取り付けられたノズルバルブエレメント１０８を含み、それによってエンジン燃焼チャンバ（図示されず）への噴射燃料の流出を制御する、総体的に１０６で表される閉鎖されたノズルアッセンブリを有する。
【００２３】
閉鎖されたノズルアッセンブリ１０６は、インジェクタオリフィス１１０を介して噴射するための加圧燃料を収容するノズルキャビティ１１４とガイドボア１１６とを含むノズルハウジング１１２を有する。ノズルバルブエレメント１０８は、ガイドボア１１６がノズルバルブエレメント１０８の相互移動を摺動して支持及びガイドできるよう、ガイドボア１１６に摺動当接するように位置決めされ、大きさが定められた軸ランド１１８を有する。高圧燃料がノズルキャビティ１１４へと内方に流れることを可能にするよう、ランド１１８は軸溝１２０によって分離されている。
【００２４】
インジェクタ本体１０２は、スプリングキャビティ１２４を含むインジェクタバレル１２２を更に有する。インジェクタ本体１０２は、ハウジング１１２とバレル１２２が圧縮当接関係で保持されているリテーナ１２６を更に有する。バレル１２２は、バレル１２２に関するリテーナ１２６の単純な相対回転によってコンポーネントがまとめて保持されるよう、対応するリテーナ１２６の内部ねじ山に係合する外部ねじ山を有する。コイルスプリング１２８は、一端部が内方スプリング座１３０に当接し、外方端が外方スプリング座１３２に当接してスプリングキャビティ１２４に配置されている。内方スプリング座１３０は、スプリング１２８がノズルバルブエレメント１０８を図２ａに示されるような閉鎖位置へと付勢することができるよう、ノズルバルブエレメント１０８に形成されているランドに当接して位置決めされている。
【００２５】
閉鎖されたノズルインジェクタ１００は、インジェクタオリフィス１１０を介して燃料が燃焼チャンバに流出する噴射イベントを画定するように、ノズルバルブエレメント１０８の動作を図２ａに示される閉鎖位置と図２ｂに示される開放位置間に、またその後閉鎖位置に戻るよう制御する、総体的に１３４で表されるノズルバルブ制御装置を更に有する。ノズルバルブ制御装置１３４は、ノズルバルブエレメント１０８に接続、即ち一体化して形成された制御ピストン１３６を有する。ノズルバルブエレメント制御装置１３４は、制御ピストン１３６を収容するための中央ボア１４０を含むフローティングスリーブ１３８を更に有する。制御ピストン１３６の外径とボア１４０の内径は、流体シールを形成する程度に密着したすべり嵌めをもたらす寸法に互いに関して形成されている。ノズルバルブエレメント制御装置１３４は、高圧燃料を収容するためにフローティングスリーブ１３８の外方端に形成されたフローティングスリーブ制御チャンバ１４２を更に有する。フロティングスリーブ１３８は、外方スプリング座１３２に当接して位置決めされた内方端と外方開放端１４４とを有する。フローティングスリーブ１３８は、概ね円筒形状で、また、インジェクタ本体１０２の支持体１４８に対して連続的にシール係合するように開放端１４４周りに環状に延在し、それにより制御チャンバ１４２を形成する外方開放端シーリング面１４６を有する。制御ピストン１３６の外方端は、制御チャンバ１４２の燃圧を受けるようにボア１４０を通って延出している。ノズルバルブエレメント制御装置１３４は、燃料入口から制御チャンバ１４２へと高圧燃料を送出するよう、フローティングスリーブ１３８に一体化して形成されたチャージ通路を含むチャージ回路１５０を更に有する。チャージ通路１５０は、チャージ通路を通って流出する燃料の量を制限するオリフィスを有する。ノズルバルブエレメント制御装置１３４は、ドレン回路１５２と、制御チャンバ１４２から低圧ドレンへのドレン回路１５２を介しての燃料の流出を制御し、総体的に１２で表される噴射制御バルブとを更に有する。ドレン回路１５２は、支持体１４８を通って延出し、一端において制御チャンバ１４２と流通するドレン通路１５４を有する。ドレン回路１５２は、ドレン回路を通るドレンの流れを更に正確に制御するためにオリフィスを有してもよい。噴射制御バルブ１２は、噴射制御バルブエレメント１５６の動作を選択的に制御することができる従来のアクチュエータアッセンブリのいずれかを有してもよい。例えば、噴射制御バルブ１２は、図１に示されるような従来の電磁アクチュエータ、又は代替的に、圧電又は磁歪タイプのアクチュエータアッセンブリを有してもよい。
【００２６】
重要にも、フローティングスリーブ１３８は、制御ピストン１３６及びノズルバルブエレメント１０８の過度の摩擦と摩耗、また従ってスティクションを以下の方法で最小限に抑えるために効果的に機能する。フローティングスリーブ１３８は、フローティングスリーブ１３８が配置されているキャビティ壁１６０の内側の大きさ即ち直径よりも十分に小さい外面の大きさ即ち直径を伴ってデザインされている。結果として、フローティングスリーブ１３８の外面は、キャビティ壁１６０から半径方向に離間された間隔をおいて位置決めされ、例えば、制御チャンバ１４２中の高圧力などによってフローティングスリーブ１３８を半径方向に移動、拡張、及び収縮させるのに十分な大きさの間隙１６２をフローティングスリーブ１３８の全軸方向長に沿って作り出している。また、フローティングスリーブ１３８は、ガイドボア１１６を単一ピースの制御ピストン及びノズルバルブエレメントデザインを用いた従来のサーボ制御式のノズルバルブアッセンブリの制御ピストンボアと効果的に位置合わせさせるために必要な高価な部品及び工程を不要にする。詳細には、フローティングスリーブ１３８の外面がキャビティ壁１６０との締まり嵌めを形成しないため、フローティングスリーブ１３８の制約のない半径方向への拡張と収縮、及び側方即ち横方向移動が共に可能となる。従来のインジェクタでは、制御ピストンボアはインジェクタの外方バレル、又はインジェクタ本体に強固に固定されたコンポーネントの何れかに形成され、そのため制御ピストンボアの側方移動又は拡張が阻止される。従来のインジェクタにおいて成されているように、互いに強固に接合されているインジェクタ本体の異なったコンポーネントに形成された別個のガイド面によってガイドされる一体化されたノズルバルブエレメント及び制御ピストンを用いる際、一体化されたノズルバルブエレメント及び制御ピストンが過度の摩擦及び摩耗を受けずに２つのガイドボア又は面内を円滑且つ容易に往復することを可能とし、スティクションを防止して経時の適切な動作を確実にするためには、ガイド面が非常に精密に位置合わせされなければならない。その結果、多くの従来のインジェクタデザインは適切な位置合わせを確実にするために、例えば図１の精密リングドエル２０などの高価な精密機械加工や付加的コンポーネントを要する。しかしながら、本発明のフローティングスリーブ１３８は、ボア整合の少しの必要性も効果的になくし、また、ガイドボア１１６に対するボア１４０の整合を考慮しない、ガイドボアによって定められる横方向位置に関する制御ピストン１３６及び制御チャンバ１４２の位置決めを可能にする。即ち、フローティングスリーブ１３８によれば、ボア１４０はガイドボア１１６に対して自動的に整合することができ、フローティングする制御チャンバ１４２がもたらされる。
【００２７】
本発明のフローティングスリーブ１３８の利点は、以下に記述される本発明の燃料インジェクタの作用についての説明によってより理解されるであろう。図２ａを参照すると、噴射コントロールバルブ１２が作動停止されると、噴射制御バルブエレメント１５６は支持体１４８において閉鎖位置に位置決めされ、ドレン通路１５４を介した制御チャンバ１４２からのドレンの流出を遮断する。その結果、燃料入口、スプリングキャビティ１２４及びノズルキャビティ１１４における燃圧レベルが制御チャンバ１４２にも存在することになる。制御チャンバ１４２とスプリングキャビティ１２４における燃圧が等しいと、ノズルバルブエレメント１０８に内方に作用する燃圧力はスプリング１２８の付勢力と共同し、図２ａに示されるようにノズルバルブエレメント１０８をその閉鎖位置に保持してインジェクタオリフィス１１０を介した流れを遮断する。重要なことに、バイアスばね１２８はフローティングスリーブ１３８の開放端シーリング面１４６を支持体１４８にシール係合させて保持する力のみを付与するため、フローティングスリーブ１３８が横即ち半径方向に移動することが可能とされ、それにより制御チャンバ１４２の横即ち半径方向移動が可能となり、従ってノズルバルブの曲げ、摩擦及び摩耗が最小限となる。
【００２８】
エンジン作動中の所定時に、噴射制御バルブ１２が起動されて制御バルブ部材１５６を図２ａに示される閉鎖位置から図２ｂに示される開放位置へと制御可能に移動させ、それにより制御チャンバ１４２から低圧ドレンへのドレン通路１５４を介した燃料の流出を可能にする。同時に、チャージ通路オリフィスを介してチャージ回路１５０から制御チャンバ１４２へと高圧燃料が流出し、これは即座にチャージ通路オリフィスを隔てた圧力の低下をもたらす。その結果、制御チャンバ１４２中の圧力は、チャージ回路１５０、スプリングキャビティ１２４、及びノズルバルブキャビティ１１４中の圧力以下に即時低下する。チャージ通路オリフィス、ドレン通路オリフィスの相対的な大きさ、及び制御バルブによる絞りは、制御チャンバの圧力及び制御チャンバの圧力変化の速度を所望のように上昇又は低下させるであろう、ドレン通路１５４の流れを最適化するように選択することができる。ノズルキャビティ１１４及びスプリングキャビティ１２４中の高圧燃料によってノズルバルブエレメント１０８に作用する燃圧力は、ノズルバルブエレメント１０８をスプリング１２８の付勢力に反して外方に図２ｂに示される開放位置へと移動させ始める。重要なことに、低減された制御チャンバ圧は、フローティングスリーブ１３８を支持体１４８に当接させて保持する強力な燃圧力をも生じさせる。その結果、この実質的な燃圧に誘発された付勢力はフローティングスリーブ１３８の開放端シーリング面１４６と支持体１４８との間のシーリング接触を増強させ、このスリーブと支持体との接点における燃料漏れを最小限にする。フローティングスリーブ１３８の直径は、燃料インジェクタが起動及び作動停止される際の制御チャンバ圧の変化によって拡大及び縮小する。このフローティングスリーブ１３８の拡大及び収縮により、開放端シーリング面１４６と支持体１４８との接点における動的摩擦係数が静的摩擦係数よりも低くなる。その結果、重要なことに、本発明のスローティングスリーブ１３８のデザインによって得られるこの動的摩擦係数により、フローティングスリーブ１３８がガイド面／ボア間の心のずれを補償するためにより自由に移動することができるため、制御ピストン及びノズルバルブエレメントの曲げ及び摩耗を最小限に抑えることが支援される。開放端シーリング面１４６は、最適な力及び接触面が得られるようにフローティングスリーブ１３８の内径及び外径を適切に選択することにより、適切な断面表面積を有してデザインされうる。噴射制御バルブ１２が作動停止されると、制御バルブエレメント１５６は閉鎖位置に戻り、制御チャンバ１４２を再加圧し、ノズルバルブエレメント１０８を図２ａに示されるような閉鎖位置へと移動させる。
【００２９】
図３は、１ピースのフローティングスリーブの代わりに複数ピースのフローティングスリーブ２００が用いられる以外は先の実施形態と同様である本発明の第２の実施形態を示す。複数ピースフロティングスリーブ２００は、ボア２０４を含む第１のスリーブ２０２と開放端２０６と環状開放端シーリング面２０８とを有する。フローティングスリーブ２００は、第１のスリーブ２０２の下端に当接して位置決めされる第２のスリーブ２１０を更に有する。第２のスリーブ２１０は、ボア２１２とボア２０４を通過して延出する制御ピストン１３６を収容するためのボア２１２を更に含む。先の実施形態はノズルバルブエレメントのガイド面を位置合わせする必要をなくすフローティングスリーブとフローティング制御チャンバを効果的に作り出すが、制御ピストン及びノズルバルブエレメントの軸と開放端シーリング面２０８との間、又は制御ピストン及びノズルバルブエレメントの軸と対向する支持体上に形成された座面との間に垂直度誤差が生じ得る。制御ピストン１３６に装着された先の実施形態のフローティングスリーブ１３８では、開放端シーリング面１４６は、支持体１４８と開放端シーリング面２０８が制御ピストン及びノズルバルブエレメントの軸に垂直である時に、ぴったりと合うように端と端とをそろえた環状シール係合で支持体１４８に固定されなければならない。しかしながら、制御ピストン１３６の軸が支持体１４８表面に関して非垂直に位置決めされ、開放端シーリング面１４６が支持体１４８に十分に着座しないことがある。本実施形態は、制御ピストン及びノズルバルブエレメントの軸と支持体の座面、及び制御ピストン及びノズルバルブエレメントの軸と開放端シーリング面２０８との公差の相違や垂直度誤差を補償する。各スリーブ２０２及び２１０は両者の結合長に等しい単一ピースフローティングスリーブと比較すると長さが短く、支持体に堅固に当接するように第１のスリーブ２０２がわずかにシフトしてこれらの垂直度誤差を補償することが可能とされ、従って恐らくは制御チャンバ１４２を形成するためにより効果的な封止が生じるであろう。
【００３０】
図４は、主スリーブ部２５２と、上部スイベルジョイント２５６を形成するように主スリーブ部２５２に当接して位置決めされた別個のスリーブ座部２５４とを有する、総体的に２５０で表される本発明のフローティングスリーブの第３の実施形態を示す。スリーブ座部２５４は、非常に長さが短く、円錐又は半球状下面２５８を有する以外は図２ａ及び２ｂに示される第１の実施形態の上部と同様である。主スリーブ部２５２は、十分密着して封止された小部分を作り出すと共にスリーブ座部２５４及び主スリーブ部２５２間でのスイベリング（自在）移動を可能にするために面２５８に相補的な形状を有する環状半球状上面２６０を有する。スリーブ座部２５４は、スリーブ座部２５４の側方移動又はスイベリング（自在移動）を可能にするため、制御ピストン１３６の直径を十分に上回る直径を有する内部ボア２６２を更に含むことも重要である。結果として、フローティングスリーブ２５０の本スイベルジョイント実施形態は、制御ピストン／ノズルバルブと支持体に形成されたシーリング面との垂直度誤差を効果的に補償し、それによりフローティングスリーブ２５０、従って制御チャンバ１４６の横移動と拡張を可能にすると共に、スリーブ２５０と支持体との接点における効果的な封止を確実にする。
【００３１】
図５は、主スリーブ部２８６と共にスイベルジョイント２８４を形成するスリーブ座部２８２を有する点において、先の実施形態のフローティングスリーブと非常に類似しているフロ−ティングスリーブ２８０を有する第４の実施形態を表す。しかしながら、本実施形態は主スリーブ部２８６とは別に形成されているが、上部ジョイント２８２と同様の下部スイベルジョイント２９０を形成するために主スリーブ部２８６に当接して位置決めされているスプリングスリーブ部２８８を更に有する。下部スイベルジョイント２９０は、主スリーブ部２８６に形成された円錐又は環半球状下面に相補的に当接するスプリングスリーブ部２８８上に形成された環半球状上面によって形成されている。スリーブ座部２８２とスプリングスリーブ部２８８は共に、各々の部分のスイベリングを可能にするために制御ピストンの直径を十分に上回る直径を伴って大きさが定められている、制御ピストン／ノズルバルブを収容するためのボアをそれぞれに有する。この実施形態は、制御ピストン／ノズルバルブと支持体のシーリング面との垂直度誤差を調節するたけでなく、スプリング１２８の付勢力によって生じる非軸方向力によってフローティングスリーブ２８０上にかかるサイドローディング（側方負荷）を軽減させる。つまり、フローティングスリーブの下端が外方スプリング座１３２にぴったりと合うように端と端をそろえて接触しないと、また同様にスプリング１２８の上端が外方スプリング座１３２にぴったりと合うように端と端をそろえて着座しないと、わずかな非軸方向力がフローティングスリーブに付与されるのである。本実施形態のフローティングスリーブ２８０はこれらの心のずれ及び非軸方向力を効果的に補償する。
【００３２】
図６は、主スリーブ部３０６と共に上部スイベルジョイント３０４を形成するスリーブ座部３０２を含む点において先の実施形態のフローティングスリーブと非常に類似しているフローティングスリーブ３００を有する第５の実施形態を表す。フローティングスリーブ３００は主スリーブ部３０６と共に下部スイベルジョイント３１０を形成するスプリング座部３０８を更に有する。しかしながら、本実施形態のスリーブ座部３０２は、ドレン通路オリフィス３１４及びチャージ通路３１６の両方を有する閉鎖された上端３１２を有する。従って、スリーブ座部３０２は制御チャンバ３１８の一部を形成してもいる。先の実施形態と同様に、スリーブ座部３０２は支持体１４８にシール係合して保持されている。
【００３３】
本発明は、燃料噴射システムを用いた全ての内燃エンジン及びユニットインジェクタを有する全ての閉鎖ノズルインジェクタに適用できると考えられる。本発明は、特に、排気ガスを最小限に抑えるために正確な燃料噴射制御を要するディーゼルエンジンに適用できる。本発明に従った燃料インジェクタを有するこのような内燃エンジンは、全ての産業分野、また、トラック、乗用車、工業用機器、定置動力装置、その他を含む、全ての商用及び非商用用途において広く用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  位置合わせのために従来のリングドエルを含む、従来のサーボ制御式の燃料インジェクタの断面図である。
【図２ａ】  閉鎖位置にある噴射制御バルブ部材と閉鎖位置にあるノズルバルブエレメントを示す本発明の燃料インジェクタの一部の拡大断面図である。
【図２ｂ】  開放位置にある噴射制御バルブ部材と開放位置にあるノズルバルブエレメントを示す本発明の燃料インジェクタの一部の拡大断面図である。
【図３】  ２ピースのフローティングスリーブを有する本発明の燃料インジェクタの第２の実施形態の拡大断面図である。
【図４】  スイベルジョイントを形成するスリーブ座部を有する本発明の燃料インジェクタの第３の実施形態の拡大断面図である。
【図５】  複数のスイベルジョイントを形成する２つの座部を有する本発明の燃料インジェクタの第４の実施形態の拡大断面図である。
【図６】  制御チャンバの一部を形成する閉鎖された上端を有し、ドレン通路オリフィス及びチャージ通路の両方を含む、スリーブ座部を有する本発明の燃料インジェクタの第５の実施形態の拡大断面図である。
【図１】
0003881241.tif 000002
【図２ａ】
0003881241.tif 000003
【図２ｂ】
0003881241.tif 000004
【図３】
0003881241.tif 000005
【図４】
0003881241.tif 000006
【図５】
0003881241.tif 000007
【図６】
0003881241.tif 000008